Après plusieurs années dans la troupe de théâtre amateur Karavan à la Garenne Colombes, Hélie Thonnat fait ses débuts en 2016 dans le téléfilm La soif de vivre réalisé par Lorenzo Gabriele avec le rôle principal, récompensé du Prix du Public au Festival de Luchon. En 2018, il obtient le premier rôle du film Venise n'est pas en Italie réalisé par Ivan Calberac, aux côtés de Benoît Poolvoerde et Valerie Bonneton. À partir de 2019, il participe à plusieurs courts-métrages étudiants, notamment une production de la Femis, réalisé par Emma Alluyn Fride. En 2020, sort sur Netflix Big Bug réalisé par Jean Pierre Jeunet dans lequel Hélie Thonnat intègre casting chorale du film. Après ces différents rôle au cinéma, il découvre la scène dans l’adaptation du Cercle des Poètes Disparus : c’est d’abord au théâtre Antoine qu’il crée le rôle de Todd Anderson, joue ensuite au Théâtre Libre et enfin en tournée dans plus de 70 villes en France, Suisse et Belgique.
