Фрэнк Торнтон Болл родился 15 января 1921 года в Лондоне, в районе Далуич боро Саутуарк. Отец — Уильям Эрнест Болл, органист в местной церкви Святого Стефана; мать — Розайна Мэри (Торнтон).
Отец с детства пытался приобщить сына к музыкальному искусству, но Фрэнку это показалось слишком тяжёлым, он с пяти лет выказывал желание играть на сцене и в кино. Торнтон окончил школу Эллейнс и стал, по настоянию отца, который хотел для сына «серьёзной работы», заниматься страховым делом. Тем не менее, по вечерам он посещал актёрские курсы, и через два года преподаватели, видя способности юноши, предложили ему перейти на полноценное дневное обучение. Торнтон сумел объяснить отцу, почему он бросил страхование, и даже уговорил его оплачивать своё актёрское обучение.
С началом Второй мировой войны 18-летний Торнтон поначалу не был призван в армию, а был эвакуирован вместе с драматической школой, в которой обучался, в Ирландию, где они давали представления, там же состоялся сценический дебют актёра. Тем не менее, вскоре актёр ушёл на фронт: был так называемым рядовым «воздушником» ВВС, затем «старшим воздушным рядовым», дослужился до пилота-офицера (с 1 июня 1945 года), стал «летающим офицером». Демобилизовался в 1947 году и почти сразу же поступил на службу в репертуарный театр.
В 1950 году Торнтон впервые появился на телевидении: это была небольшая роль моряка в одном выпуске программы-антологии Sunday Night Theatre. Дебют актёра на широком экране состоялся четырьмя годами позже: он сыграл роль инспектора в криминальном фильме «Таксист под прикрытием». Торнтон продолжал сниматься почти до самой своей смерти, последний фильм с его участием вышел, когда актёру был 91 год.
Фрэнк Торнтон скончался 16 марта 2013 года во сне от естественных причин (старость) в своём доме в районе Барнс боро Ричмонд-апон-Темс, Лондон.
Личная жизнь 5 июня 1945 года Торнтон женился на малоизвестной актрисе Берил Эванс, с которой и прожил всю жизнь до самой своей смерти (брак продолжался без малого 68 лет). У пары есть дочь Джейн.
