En 2005, Thorkildsen se classe deuxième des Championnats du monde d'athlétisme 2005 avec . Il est devancé par l'Estonien Andrus Värnik (), la médaille de bronze revenant au Russe Sergey Makarov (). En fin de saison, il est battu par le Finlandais Tero Pitkämäki lors de la Finale mondiale de l'athlétisme, malgré un lancer à , qui constitue alors son record personnel.