Thesleffin vanhemmat olivat Viipurin kaupunginlääkäri Teodor Thesleff ja äiti Alice Helena Emilia Hackman.[1] Hänen äidin puoleinen isoisänsä oli Hackmanin pääjohtaja, kauppaneuvos Wilhelm Hackman ja isän puolelta hän kuului Saksasta tulleeseen Thesleffin sukuun. Suomen kenraalikuvernöörinä toiminut Alexander Amatus Thesleff oli Thom Thesleffin isoisän isä.[2] Thesleffin puoliso vuodesta 1929 oli Kjerstin Sofia Fringren. Ylioppilaaksi hän tuli Viipurin ruotsinkielisestä lyseosta 1914. Thesleff osallistui Suomen sisällissotaanvalkoisten joukoissa sekä myöhemmin talvisotaan. Hän valmistui arkkitehdiksi Teknillisestä korkeakoulusta vuonna 1921 ja työskenteli sen jälkeen Viipurissa Otto-Iivari Meurmanin ja Oiva Kallion toimistoissa. Vuodesta 1925 lähtien hän toimi muun muassa Oulussa lääninrakennuskonttorissa sekä eri valtion laitosten palveluksessa Helsingissä. Vuoden 1938 jälkeen Thesleff aloitti opettajana Vaasa teollisuuskoulussa, jossa hän työskenteli eläkeikäänsä saakka.[1]
Thesleffin tunnetuin työ on Viipurissa Sorvalin hautausmaalla sijainnut Hackmanin suvun hautakappeli, jonka sisustuksen puukaiverrukset teki kuvanveistäjä Lauri Välke. Lisäksi hän suunnitteli muun muassa työläisasuntoja syntymäkaupunkiinsa.[1][2]
