Le groupe est né de l'esprit du guitariste Nino Laurenne qui officiait précédemment dans le groupe de thrash Antidote, en 2000. Le line-up se fait petit à petit, pour s'achever en 2001 avec l'arrivée de Kari Tornack aux claviers.

Le groupe se fait remarquer la même année par Nuclear Blast qui laissera le soin à NTS de distribuer le groupe en France. Le premier album éponyme verra le jour en 2002 et s'inscrit typiquement dans la ligne des "groupes NTS", à savoir un heavy/speed à la finlandaise, proche de Sonata Arctica et Stratovarius qui étaient à leur apogée et/ou sur une pente descendante, en pleine vague "true metal" comme on l'appelait alors.

Deux ans plus tard, le groupe met en boîte The Burning, qui souffrira de défauts de productions, mais qui permettra au chanteur Pasi Rantanen de s'affirmer à sa place. Un peu frustré, le groupe rentrera en studio la même année pour enregistrer leur troisième album, Tools Of Destruction qui sortira en 2005.

En 2006, le groupe entre à nouveau en studio et seront approchés pour participer au concours de l'Eurovision 2007. Le groupe échouera à la finale nationale, se plaçant à la seconde place avec tout de même 33% des voix (note : c'est pas en France que l'on verrait ça, hein...).

Evolution 4.0 sort en 2007, mais le groupe annonce bien vite le départ de Rantanen et de Tornack, pour des raisons à la fois personnelles et de motivation. Ils seront remplacés respectivement par Rick Altzi et Jukka Karinen.

C'est sous ce line-up que Thunderstone publie son cinquième opus en 2009, Dirt Metal.