Thornthwaite vokste opp i fattige kår i Bay County i Michigan. Gjennom militærtjenesten fikk han mulighet til å gå på college i Mount Pleasant, der han tok bachelor-grad i 1922. Etter noen år som lærer på high school, gjenopptok han studiene på University of California i Berkeley, der han i 1930 tok universitetets andre doktorgrad i geografi. Han hadde spesielt interesse for kartografi.
Han var også interessert i klima, og han satte seg godt inn i Köppens klimaklassifikasjon. Da han en periode bodde i Oklahoma, reagerte han på at Köppen-systemet fastslo at stort sett heile staten hadde fuktig klima, noe som slett ikke stemte med det Thornthwaite observerte. Med dette som utgangspunkt satte han i gang et omfattende arbeid med en alternativ klassifiseringsmodell som tok større hensyn til nedbøren. I 1931 publiserte han sin første klassifikasjon. I denne var forholdet mellom nedbør og fordampning av større betydning enn temperaturen. Han innførte også en mellomkategori mellom tørt og fuktig klima, slik at beskrivelsen av Oklahoma traff bedre.
På slutten av 1930-tallet var Thornthwaite leder for et nyoppretta senter for forskning på klima og fysiografi, der hans egen forskning i stor grad var konsentrert om spørsmål rundt fordampning. Under andre verdenskrig var han en periode i Mexico, der han prøvde ut et system for å planlegge vanning ut fra jordsmonnets vanninnhold. Han systematiserte også store mengder klima- og fordampningsdata, noe som etter hvert resulterte i artikkelen «An Approach Toward a Rational Classification of Climate» i 1948, der han presenterte en mer raffinert klimaklassifikasjon.
Samtidig videreførte Thornthwaite arbeidet fra tida i Mexico. I New Jersey utvikla han et system for tilleggsvanning av grønnsaker basert på et enkelt bokholderi av vannbalansen på plantasjen. Her etablerte han også klimalaboratoriet Laboratory of Climatology, som gjorde ham verdenskjent på fagfeltet. Han etablerte også et selskap for utvikling og salg av måleinstrumenter.
^abSocial Networks and Archival Context, oppført som C. W. Thornthwaite, SNAC Ark-ID w6nd0fvf, besøkt 9. oktober 2017[Hentet fra Wikidata]
^JSTOR, JSTOR artikkel-ID 212388[Hentet fra Wikidata]
Kilder
John Leighly: «Charles Warren Thornthwaite, March 7, 1899-June 11, 1963», nekrolog i Annals of the Association of American Geographers, volum 54, nr. 4, desember 1964, side 615–621.