Thelen studierte von 1836 bis 1847 Malerei an der Kunstakademie Düsseldorf. Dort waren Rudolf Wiegmann, Karl Ferdinand Sohn und vor allem Wilhelm von Schadow seine Lehrer. Von 1850 bis 1855 war er Mitglied des Düsseldorfer Künstlervereins "Malkasten". Von 1857 bis 1877 lebte er in Rom, wo er sich dem Deutschen Künstlerverein anschloss. 1862 beteiligte sich Thelen mit anderen Künstlern dieses Vereins an der Weltausstellung London.