Thurstan naît dans la région du Bessin en Normandie. Il est le fils de Popelina et d’un chanoine de la cathédrale Saint-Paul à Londres nommé Anger, Auger ou Ansgar. Avant 1104, son père se voit confier la prébende de Cantlers par Maurice, évêque de Londres, et toute la famille se rend en Angleterre. Son frère, Audoen, devient plus tard évêque d’Évreux.
Très tôt il est en charge du prébende de Consumpta dans le diocèse de Londres, et il entre au service de Guillaume II puis d’Henri 1er en tant que clerc du roi. À cette époque, il visite Cluny, et il émettra plus tard le souhait de devenir moine dans cette abbaye. Thurstan devient également aumônier d’Henri, et c’est ce dernier qui obtient son élection comme archevêque d’York en août 1114. Il est ordonné diacre en décembre 1114 et prêtre le 6 juin 1115 par Rainulf Flambard, qui est alors évêque de Durham.
Une fois élu, sa consécration est reportée durant 5 années au cours desquelles il combat les tentatives de l’archevêque de Cantorbéry de soumettre York à son autorité. L’archevêque de Cantorbéry, Ralph d’Escures, refuse de consacrer Thurstan tant que ce nouvel élu n’a pas prêté serment de se soumettre à Cantorbéry. Il s’agit en fait d’un nouvel épisode d’un long conflit qui oppose Cantorbéry et York, débuté en 1070. il refuse de se soumettre, et demande au roi la permission de se rendre à Rome pour consulter le Pape Pascal II à ce propos. Henri 1er ne l’autorise pas à faire ce voyage, mais même sans appel personnel de la part de Thurstan, Pascal II statue en sa faveur. Lors du concile de Salisbury en 1116, le roi anglais ordonne à Thurstan de se soumettre à Cantorbéry, mais plutôt que d’obéir, il démissionne publiquement. Alors qu’il est en route pour le concile, il reçoit des lettres de Pascal II qui soutiennent la cause d’York, et l’autorisent à être consacré sans prêter serment. Le Pape envoie des lettres similaires à Ralph d’Escures lui ordonnant, en tant qu’archevêque de Cantorbéry, de consacrer Thurstan. Lorsque ces lettres deviennent publiques, il est de nouveau considéré comme l’archevêque et sa démission est oubliée.
Durant les 3 années qui suivent, les nouveaux papes, Gélase II et Calixte II soutiennent également Thurstan, et le 19 octobre 1119 il est finalement consacré par Calixte à Reims7. Calixte avait auparavant promis à Henri 1er qu’il ne consacrerait pas Thurstan sans sa permission, qui ne lui a pourtant jamais été donnée. Contrarié, le roi refuse d’autoriser Thurstan à rentrer en Angleterre, et Thurstan reste quelque temps sur le continent en compagnie du nouveau pape. Alors qu’il voyage avec le pape, il rend visite à Adèle de Blois, la sœur du roi Henri, qui est également sa sœur spirituelle. À la même époque, Calixte émet deux bulles en faveur de Thurstan, une qui défait York de la suprématie de Cantorbéry pour toujours, et l’autre demandant au roi d’autoriser Thurstan à retourner à York. Le pape menace l’Angleterre d’un interdit si sa bulle n’est pas prise en compte. Finalement, les amis de Thurstan, dont Adèle, finissent par le réconcilier avec Henri, et il rejoint le roi en Normandie. À Pâques 1120, il escorte Adèle au monastère de Marcigny, lorsqu’elle se retire des affaires actives. Il est rappelé en Angleterre au début de l’année 1121.
En tant qu’archevêque, il installe 2 nouveaux évêques dans sa province. À la mort d’Henri 1er, Thurstan prend le parti du neveu d’Henri, Étienne de Blois, pour lui succéder au trône. Il a aussi pris une part importante à la défense de la partie nord de l’Angleterre contre les attaques écossaises, en participant à l’organisation des forces anglaises lors de la bataille de l’Étendard. Peu de temps avant sa mort, Thurstan démissionne de sa fonction et prend les habits de moine de l’abbaye de Cluny.
Une des principales faiblesses de l’archevêché d’York est son manque d’évêques suffragants. Il entreprend de recréer l’évêché de Galloway, ou Whithorn, en 1125. Il est possible qu’il ait trouvé un compromis avec Fergus de Galloway qui règne sur la région, dans ce qui est maintenant l’Écosse. Ainsi, Thurstan s’assure un nouveau suffragant, et Fergus obtient un évêque dans son territoire, où les affaires religieuses étaient auparavant gérées par les évêques écossais. Le premier évêque est un natif de la région, Gilla Aldan. Cela provoque la colère de Wimund, évêque des Îles, qui avait précédemment juridiction sur Galloway, mais il ne parvient pas à remettre en cause cet évêché. Cet évêque supplémentaire est d’une importance capitale dans la lutte entre York et Cantorbéry quant à la primauté, qui est principalement une bataille de prestige entre les 2 sièges. Le nombre d’évêques dépendant de chacun est un important facteur pour faire la réputation de l’un ou l’autre des sièges. En 1133, Thurstan, qui a reçu l’autorisation papale de fonder un nouveau diocèse, consacre Ethelwold au diocèse de Carlisle.
Thurstan refuse d’accepter que le nouvel archevêque de Cantorbéry, Guillaume de Corbeil, soit son supérieur, et ne le consacre pas. Le conflit entre les 2 hommes se poursuit, et ils se rendent tous les 2 à Rome par 2 fois pour soutenir leur position devant le pape. En 1126, le pape Honorius II prend une décision en faveur d’York. Il appuie sa décision sur le fait que les documents de Cantorbéry sont vraisemblablement contrefaits.
Thurstan prend le parti d’Étienne d’Angleterre après la mort d’Henri en 1135, et apparaît à la première cour de celui-ci à Pâques au palais de Westminster. Il négocie une trêve à Roxburgh en 1138 entre Anglais et Écossais. C’est également lui qui rassemble l’armée qui défait les Écossais à la bataille de l’Étendard le 22 août 1138 près de Northallerton. Il ne prend pas directement part à la bataille, mais crée l’étendard qui a donné son nom à la bataille, en mettant un mât de bateau dans une charrette et portant haut la bannière de Saint-pierre d’York, Saint Jean de Beverley, et Saint Wilfrid de Ripon sur ce mât. Les Écossais avaient envahi le pays dans l’idée d’aider Mathilde l’Emperesse, la fille d’Henri 1er et la rivale d’Étienne, à monter sur le trône d’Angleterr. Le 21 janvier 1140 il démissionne de sa fonction et entre dans l’ordre des clunisiens à Pontefract dans l’actuel Yorkshire de l’Ouest et y meurt le 6 février 1140. Il est enterré dans l’église de Pontefract.
Il donna des terres à plusieurs églises de son diocèse et fonda divers établissements religieux. Il fonde la première abbaye du Yorkshire, le couvent Saint Clément, entre 1125 et 1133. Il a aussi aidé à la fondation de l’abbaye cistercienne de Fountains en offrant le site aux moines qui avaient été expulsés de l’abbaye Sainte-Marie d’York. Il aida à plusieurs reprises l’ermite Christina de Markyate et tenta de la persuader de devenir la mère supérieure du couvent de Saint Clément. Il est le patron du prieuré augustin de Hexham, fondé par son prédécesseur à York, et il participa à la fondation du prieuré de Bridlington, un autre établissement augustinien. C’est un réformiste sincère, qui s’oppose à l’élection d’hommes qui ne conviennent pas à des fonctions épiscopales.
Le neveu de Thurstan, Osbert de Bayeux, devient archidiacre d’York, et est accusé en 1154 du meurtre de Guillaume d’York, un des successeurs de Thurstan à York.