Peu sportif et en surpoids durant son enfance, sa mère le force à faire du sport pour sa santé et il commence le football. Il abandonne après trois ans, ce sport ne lui convenant pas et lui causant des blessures aux genoux. Son médecin lui conseille de se mettre au vélo et il y prend goût. À 15 ans, il participe à sa première compétition, la course Bergen-Voss. Piqué au jeu de la compétition, il s'entraîne assidûment en parallèle de son apprentissage de charpentier mais néglige sa vie sociale. Pour le sortir de sa routine, une amie, qui deviendra sa femme par la suite, lui propose de randonner les sept montagnes de Bergen. Cette expérience est pour lui un déclic d'essayer d'autres sports, la course en montagne notamment où il obtient tout de suite du succès en remportant la montée du Stoltzekleiven en 2010[1],[2].
Ayant relativement peu d'expérience sur les longues distances en trail, ses excellents résultats pour ses débuts en course montagne lui valent d'être sélectionné dans l'équipe nationale pour les championnats du monde de trail 2011 dans le Connemara[3]. Il ne déçoit pas pour ses débuts et termine meilleur Norvégien au pied du podium[4]. Il décroche la médaille de bronze par équipes. Malgré ce bon résultat, il ne prend pas goût aux longues distances et préfère se concentrer sur les épreuves plus courtes de course en montagne et de skyrunning[2].
Son compatriote Eirik Hausgnes lui suggère d'essayer la course d'escaliers de l'Empire State Building. Il présente sa candidature en 2013 mais elle lui est refusée. Il s'inscrit alors pour une association caritative et peut ainsi participer à la course populaire. Il effectue la course en 10 min 39 s, le deuxième meilleur temps absolu derrière le vainqueur élite Mark Bourne. Cette performance lui vaut une invitation pour la course élite en 2014[2]. Il saisit sa chance et remporte la victoire en 10 min 6 s[9].
Le , il remporte la médaille de bronze du kilomètre vertical des championnats d'Europe de skyrunning derrière son compatriote Stian Angermund-Vik[10]. L'épreuve se déroulant sur le kilomètre vertical du Mont-Blanc, il prend également le départ du marathon deux jours après et se classe cinquième[11].
Le , l prend le départ du Mamores VK, épreuve des championnats du monde de skyrunning. Tandis que le Suisse Rémi Bonnet s'adjuge le titre avec un nouveau record du parcours, Thorbjørn décroche la seconde place pour une seconde devant Stian Angermund-Vik[12].
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