Thuret war Spross einer hugenottischen Familie, die in die Niederlande ausgewandert war. Er studierte zunächst Rechtswissenschaft und war daneben begeisterter Musiker. Er freundete sich 1837 mit Alexander von Villers an, der ihn in die Botanik einführte. Zunächst begann er, Pflanzen zu sammeln und bekam so Kontakt zu Joseph Decaisne, dessen Schüler er wurde. Decaisne führte ihn auch in die Welt der Algen ein, die sein lebenslanges Forschungsfeld werden sollte.
1840 ging er als Attaché der französischen Gesandtschaft nach Konstantinopel, wo er sein Land gemeinsam mit Edouard Pontois beim Osmanischen Reich vertrat. Sein Aufenthalt im Nahen Osten gab ihm Gelegenheit, die Flora dieser Gegend zu erforschen, wobei er Forschungsreisen nach Syrien und Ägypten unternahm.
Bereits ein Jahr später kehrte er wieder nach Frankreich zurück, um sich den Untersuchungen der Meeresalgen widmen zu können. Er lebte zunächst auf seinem Schloss Reutilly bei Lagny, siedelte 1851 dann mit Jean-Baptiste Édouard Bornet nach Cherbourg über, wo beide vor allem die Algen der Atlantikküste studierten. Die beiden Forscher widmeten sich in dieser Zeit vor allem der Sexualität der Algen, zu deren Kenntnisse sie grundlegende Beiträge lieferten.
1857 gründete er in Antibes eine meeresbiologische Forschungsstation und den Jardin botanique de la villa Thuret, der zur berühmtesten gartenarchitektonischen Attraktion der Côte d’Azur wurde. In Antibes forschten unter seiner Anleitung zahlreiche Gelehrte aus ganz Europa, so unter anderem Michail Stepanowitsch Woronin. Der Botanische Garten wurde nach Thurets Tod von Charles Victor Naudin (1815–1899) weitergeführt.
Thuret entdeckte die Geschlechtlichkeit und die Befruchtung der BraunalgenfamilieFucaceae (1853) und (zusammen mit Bornet) der Florideen (1867), einer Untergruppe der Rotalgen.
