Sébastien Thiéry passe par le cours Florent avant d’intégrer la promotion 1997 du Conservatoire national supérieur d’art dramatique. Il y reçoit notamment les enseignements de Dominique Valadié, Catherine Hiegel et Philippe Adrien. Il enchaîne avec de nombreuses apparitions à la télévision et au cinéma. Il tourne entre autres avec Bertrand Tavernier, Gérard Jugnot, Alain Chabat, Gérard Jourd’hui, Laurent Heynemann ou Josée Dayan. Puis il fait un passage par la télévision, où il met en scène des caméras cachées et crée un feuilleton, délirant et féroce, Chez maman, diffusé de 2004 à 2006 sur Canal+, avec Françoise Christophe et Marie Parouty. Sébastien Thiéry se tourne ensuite vers l’écriture, prenant sans doute modèle chez Roland Dubillard, mais aussi chez Karl Valentin, Jean-Claude Grumberg, Jean-Michel Ribes et Eugène Ionesco. Il signe en 2005 sa première pièce pour le théâtre, Sans ascenseur, qui est mise en scène par Jean-Michel Ribes au Théâtre du Rond-Point. Christophe Lidon dirige ensuite le comédien dans sa pièce suivante, Dieu habite Düsseldorf (2006). Cochons d’Inde, sa troisième pièce, est acclamée comme un brillant succès et lui vaut deux Molières en 2009. La même année, il crée Qui est Monsieur Schmitt ? (2009), – pour laquelle il est nommé pour le Molière de l’auteur francophone vivant –, puis Le Début de la fin (2012), Comme s’il en pleuvait (2012), L’Origine du monde (2013), Deux hommes tout nus (2014) – qui lui valent encore d’être nommé pour le Molière de l’auteur francophone vivant, François Berléand l’étant pour celui du comédien – et Momo (2015) – nominations pour le Molière de l’auteur francophone vivant, celui de la comédie et celui du comédien dans un second rôle –, qu’il adapte avec Vincent Lobelle en long métrage en 2017, avec Catherine Frot et Christian Clavier dans les rôles principaux. Ramsès II est créé en 2017 au Théâtre des Bouffes Parisiens. On y retrouve François Berléand aux côtés d’Éric Elmosnino et d’Evelyne Buyle, dans une mise en scène de Stéphane Hillel. Sa dernière pièce, Huit euros de l’heure, a été créée en 2019 au Théâtre Antoine. Les pièces de Sébastien Thiéry sont publiées à L’avant-scène théâtre.