Thierry Barthe suit une formation au Conservatoire national d'Issy sous la direction de Daniel Dancourt où il obtient quatre prix
Il joue au cinéma et à la télévision pour des productions telles que L'Affaire de Sergio Gobbi (1994), Après l'amour de Diane Kuris (1992), César Lévy d'Alain Schwartzstein (2008), L'Abolition de Jean-Daniel Verhaeghe (2009), Le Bureau des légendes d'Eric Rochant (2016), Jackie de Pablo Larrain (2016), Valerian de Luc Besson (2017), Le Redoutable de Michel Hazanavicius (2017), Le Brio d'Yvan Attal (2016).
Au théâtre, il interprète Crocodile OPA (2008-2009), Le Vent ne fait pas de prisonnier de François Chaffin (2009-2010), Nous sommes tous des dictaphones (Théâtre de l'Opprimé, Paris, 2010), La 1ère fois que la nuit est tombée (2012-2013), Comme un chien sous l'influence des Bacchantes d'Euripide de et mise en scène François Chaffin (2014-2015), Entretien avec la mer de et mise en scène François Chaffin (2015), Le Misanthrope revue, Molière en coulisses de Franck Delorme, Le Malade imaginaire de Molière, Les Chroniques de l'intemporel de Serge Barbagallo, Les Cafards, Mœurs d'une guerre, Diabolo et Camélia, Objectif terre, La Morsure du citron, Minus sept fois le ciel, Le Miroir aux éléphants de François Chaffin, Le Chant du cygne, Les Méfaits du tabac, Le Tragédien malgré lui d'Anton Tcheckhov, Le Médecin malgré lui, L'Ecole des femmes de Molière, La Petite hutte d'André Roussin, Don Juan de Molière, Le Voyage de Perrichon d'Eugène Labiche, Les Jumeaux de Venise de Carlo Goldoni, L'Impromptu de Versailles de Molière, Attendez-moi sous l'orme de Jean-François Regnard, Le Songe d'une nuit d'été de William Shakespeare, Le Journal d'Anne Frank, Le Bal des voleurs de Jean Anhouil, 12 Hommes en colère de Réginald Rose, Virage dangereux de Jean-Baptiste Priestley et Elle s'abaisse pour conquérir d'O. Goldschmidt. En parallèle, il fait des lectures et des doublages.