Nach Zeichenlehre und Modellierunterricht in der Kopenhagener Akademie erhielt Thorvaldsen 1793 die mit einem dreijährigen Romstipendium verbundene "goldene Medaille" und begann 1796 seinen Italien- und Romaufenthalt. Dort war er Schüler von A. J. Carstens und mit dem Maler J. A. Koch befreundet und verkehrte im Hause Wilhelm von Humboldts. 1799 durch die Marmorgruppe "Bacchus und Ariadne" bekannt geworden, stieg sein Ruhm schnell. Berühmt sind seine Arbeiten für das Schloß Christiansborg, für die Kopenhagener Frauenkirche (Christusfigur 1828), das Reiterstandbild Max' I. in München, das Schillerdenkmal in Stuttgart (1839), das Grabmal Pius' VII. in der Peterskirche in Rom, das als statuarisches Hauptwerk gilt.

Mit dem noch in der Kunst des Rokoko wurzelnden Canova und mit Schadow repräsentiert Thorvaldsen den Hochklassizismus. In seiner Kunst gipfeln die Bestrebungen, die Plastik unter die ästhetischen Gesetze der Antike zu stellen.

Das Thorvaldsen-Museum in Kopenhagen bewahrt den künstlerischen Nachlaß.