T. vokste opp i Kristiania som den nest yngste av fem søsken. Hans far var prestesønn fra Danmark, kom til Norge som ung for å gå i handelslære og bygde opp en solid handelsvirksomhet. En utstilling av Edvard Munch ble bestemmende for T.s beslutning om å søke malerutdannelse. Harriet Backer, som han var elev av i forskjellige perioder fra 1899-1907, ser ut til å ha vært den eneste lærer som hadde betydning for ham i ungdommen. Hans tidligste produksjon vet vi imidlertid lite om da han tilintetgjorde en rekke bilder malt før 1904. Det er mulig han debuterte på De unges utstilling, Kristiania i 1904. Portrettet Klara (1906, privat eie) og Vinter i Biri (1906, Lillehammer Bys malerisamling) viser tilknytning til nyromantikken. I 1906 var T. i Paris hvor han var meget sammen med bl.a. Oluf Wold-Torne, Henrik Sørensen, Jean Heiberg og Severin Grande. I 1907 var T. representert på De unges utstilling med seks bilder. Samme år debuterte han på Høstutstillingen med Syk pike (1907, Trøndelag Kunstgalleri), der modellen er hans kone Klara. Både komposisjon, koloritt og teknikk vitner om interesse for Edv. Munchs Det syke barn (1885-86, Nasjonalgalleriet, Oslo), men i bildenes stemningsinnhold er det intet felles. Også andre bilder røper tilknytning til Munchs kunst i forskjellige perioder. Med Sommer (1907, Nasjonalgalleriet) tok T. opp et tema som han arbeidet med resten av livet, mennesket i naturen. Bildet viser at T. nå interesserte seg for impresjonismen, slik det også fremgår av På steingjerdet (1908, Nasjonalgalleriet). Sommeren 1908 var T. på Lillehammer, sammen med bl.a. Henrik Sørensen og Einar Sandberg, og februar 1909 holdt de tre utstilling sammen i Christiania Kunstforening. Sørensen hadde noen måneder før vært elev hos Matisse i Paris. Sommeren 1909 malte T. Syrintrær i blomst (privat eie) som vitner om fornyelse i formoppfatning og økt intensitet i koloritt, uten at det er mulig å fastslå om det skyldes innflytelse fra Matisses teorier eller annen påvirkning, f.eks. Die Brück-es utstilling hos Blomqvists Kunsthandel, Oslo mai 1908.
Våren 1910 var T. igjen i Paris. I motsetning til vennene søkte han ikke til Matisses akademi, men valgte Colarossi hvor han antagelig hadde Jules Renard som lærer. En liten skisse, Blomstrende frukttre, Robinson (Lillehammer Bys malerisamling), som må være malt under dette oppholdet, viser en radikal endring i uttrykksmåte med vekt på det umiddelbare maleriske uttrykk. Det er mulig den nye frihet overfor naturen skyldes impuls fra fauvismen. Vår i haven (1911, Lillehammer Bys malerisamling) med en stemning av fruktbarhet, morsglede og stille ro vitner om at inntrykk fra norsk og fransk kunst har smeltet sammen i T.s eget kraftige og personlig pregede språk med velutviklet sans for de maleriske virkemidler. En tendens til en dekorativ oppfatning av motivet forsterkes i f.eks. Vårstemning (ca. 1911, privat eie), Dekorativt veggfelt (1911, privat eie), Bekken, Eggedal (1912, privat eie) og Sommer i Eggedal (1912, privat eie), og røper gjennom koloritt, form og komposisjon impulser fra Paul Gauguins maleri. I januar 1912 hadde T. sin første separatutstilling i Kunstnerforbundet. Den sikret ham en solid posisjon som en av foregangsmennene i kampen mot naturalismen. Samme år reiste T. gjennom Tyskland til Italia hvor han også oppholdt seg våren 1913, og bl.a. besøkte Firenze, Siena og Roma. Damen i grønt fra Monte Pincio (1913, privat eie) viser igjen endring i malemåte. Synsinntrykket er abstrahert, og de forskjellige billedelementer er satt mot hverandre som store flater i kontrasterende farger. Helt siden Høstutstillingen 1909 var Thygesen assosiert med de norske Matisse-elevene, og ved Jubileumsutstillingen i 1914 stilte han ut sammen med disse og andre utbrytere i De 14s paviljong. Hans Farvesymfoni III (1914, Lillehammer Bys malerisamling) vakte forargelse. Det er en stor komposisjon med nakne og påkledde figurer og noen kattelignende dyr under fyldige trekroner som stemningsmessig kan ses i sammenheng med Gauguins Hvor kommer vi fra, hvem er vi, hvor går vi (1897). Uten bruk av illusjonsskapende perspektiv og skygger, men ved bevisst bruk av koloritt og formale elementer har T. skapt en original flatekomposisjon hvor vi opplever dybde og rom i forskjellige plan. Sittende akt (1914, privat eie), med en brutal figurtegning, tyder på at T. på reisen gjennom Tyskland i 1912 har sett arbeider av Die Brückes kunstnere. For øvrig vitner f.eks. Mimi (1914, privat eie), Gerda (1915, Nasjonalgalleriet) og Barbarer (1915, Nasjonalgalleriet) om forståelse for Matisses dekorative flatemaleri. Leda med svanen (1915, Rolf Stenersens Samling) fremstiller i følge et intervju med T. den sunne og den perverse kjærlighet og sjalusi og har etter alt å dømme bakgrunn i egne ekteskapelige problemer.
I Stormbølgen (1916-17, privat eie) og Huset, Stabekk (1918, privat eie) ses en tendens til abstraksjon som skiller seg fra tidligere bilder. Det er mulig denne tendens avspeiler en impuls fra Kandinskys utstilling hos Blomqvists Kunsthandel, Oslo i 1916. I Skogsinteriør (ca. 1919, privat eie) er motivet forvandlet til et abstrakt flatemønster som må ses i sammenheng med den analytiske kubisme. Fra oktober 1919 til mai 1920 var T. igjen i Paris hvor han en kort tid var elev av André Lhote, som bl.a. underviste i billedkonstruksjon. Hans teorier om bruk av nøktern koloritt og vekt på diagonale virkninger i komposisjonen ser ut til å ha innvirket på T.s Kirkegård, Paris (ca. 1920, privat eie) og Aktmodell (ca. 1920, privat eie). Også dekorasjonene som T. malte til spisesalen i Victoria restaurant på Holmenkollen i 1921 preges av ønsket om at figurene skal innordne seg en konstruert grunnstruktur, noe som medfører en stivhet i komposisjonen. Bildene, Bakkanal I (privat eie), II (Park Hotel, Sandefjord), III og IV (privat eie), har som motiv en utendørs sommernattfest. I de to første gjenkjennes flere av tidens kjente norske forfattere og kunstnere. En tid etter at salen var innviet hevdet bestilleren at bildene var uanstendige og skremte gjestene vekk. Han nektet å betale det avtalte beløp; saken endte i Høyesterett med full frifinnelse for T. Det er likevel mulig at forholdet skadet T. Med sin sans for humor og sin satiriske tunge støtte han en del mennesker fra seg. At han også gjentatte ganger utfordret den vedtatte moral med sine bilder kan ha virket på hans omdømme i visse kretser. I Paris 1921 fikk han tre ukers undervisning i teori av Pedro Araujo som særlig var opptatt av læren om det gylne snitt. I 1923 kom T. for første gang til Hadeland. Stedet besøkte han ofte i de følgende år og malte naturen under skiftende årstider. Fra ca. 1924 bodde han mange somre på Hvaler. Hans bilder vitner også om opphold i Telemark, Geilo og Lillehammer. Under opphold i Frankrike i 1927 malte T. fra forstedene sørvest for Paris, Orsay, Palaiseau, Robinson og Cassaux.
I 1930-årene tok T. igjen opp arbeidet med store dekorative komposisjoner, ofte kalt fargesymfonier. Motivene er her alltid mennesket i naturen med en stemning av harmoni og livsglede. Omkring 1938 malte han flere bilder hvor landskap og figurer er helt stilisert og billedelementene skarpt avgrenset mot hverandre, f.eks. Farvesymfoni VII (1938, Sandefjord Rådhus). Fra 1932-35 og 1940-52 bodde T. på Hadeland hvor det var harde kamper da krigen brøt ut. Flukten (1940, privat eie), På Kirkegården (1940, privat eie) og Flukten over fjellet (1948, privat eie) må være malt under inntrykk av disse begivenheter. De er alle malt med jordfarger som T. avvekslende brukte istedenfor mineralfarger etter 1920. Med Utsikt fra Studenterhjemmets hotell (1950, privat eie) har T. skapt et stemningsfullt vinterlandskap med forskjellige valører av sort, grått, hvitt og oker. I 1951 og 1952 malte han igjen en serie med sterkt abstraherte landskap. T. var hele livet eksperimenterende og skiftet hurtig fra en stil til en annen. I hans store produksjon er det utvilsomt mye som ikke fanger interesse, men en rekke malerier forteller om en dristig, fantasifull og selvstendig kunstner med en utpreget interesse for bildets maleriske kvaliteter. I motsetning til mange i samme generasjon tok T. ikke opp sosiale eller nasjonale motiver slik det ble alminnelig fra 1920-årene. Etter hver kom han til å stå utenfor de toneangivende kunstnerkretser. Den siste tid av sitt liv bodde han imidlertid i kunstnerkolonien på Ekely.
