索恩出生在美国犹他州的洛根(Logan),父母都是犹他州立大学的教授:父亲维恩·索恩(D. Wynne Thorne)是土壤化学家,母亲艾莉森·索恩(Allsion C. Thorne)是经济学家。同在学术氛围浓郁的环境中成长,他的四名兄弟姐妹当中有两人也成为了教授。索恩的父母是耶稣基督后期圣徒教会(摩门教)的成员,他在摩门教信仰中长大,尽管他现在自称为无神论者。索恩曾表示:“我的很多优秀同事都非常虔诚,相信上帝……科学和宗教之间并没有根本的不相容。我碰巧不相信上帝。”
索恩年轻时就在学术领域取得了非凡的成就,他在三十岁时成为了加州理工学院历史上最年轻的正教授之一。他于1962年获得加州理工学院的学士学位,而在1965年就获得了普林斯顿大学的博士学位。在著名的物理学家约翰·惠勒的指导下,索恩完成了名为《圆柱系统的几何动力学》(Geometrodynamics of Cylindrical Systems)的博士论文。1967年索恩回到加州理工学院并成为了一名副教授,其后在1970年获得教授职位,1981年起担任威廉·科南(William R Kenan, Jr.)教授,自1991年起担任费曼理论物理学教授。他曾是犹他大学的兼职教授(1971-1998年),康奈尔大学的安德鲁·D·怀特大教授(1986-1992年)。2009年6月,他辞去了费曼教授职位,开始从事写作和电影制作事业。他的第一个电影项目是《星际穿越》,他与克里斯托弗·诺兰和乔纳森·诺兰合作。