Kenraali Thesleff kuului viipurilaiseen Thesleffin kauppiassukuun. Hänen isänsä oli Haminan kadettikoulun johtaja, kenraalimajuri Peter Georg Thesleff, joka adoptoitiin vuonna 1824 veljensä, jalkaväenkenraali Alexander Amatus Thesleffin aatelissukuun. Thesleff kävi kadettikoulun vuosina 1825–1829 ja palveli sen jälkeen vänrikkinä Venäjän armeijan tykistössä. Vuonna 1831 hänet siirrettiin Henkikaartin yleisesikuntaan ja ylennettiin aliluutnantiksi. Hän osallistui tykistöupseerina Puolan kapinan kukistamiseen vuosina 1831–1832 ja kunnostautui Varsovan valtauksessa. Hän sai ylennyksen luutnantiksi 1832, alikapteeniksi 1836, kapteeniksi 1839, everstiksi 1844 ja kenraalimajuriksi 1847 palvellessaan eri tehtävissä Henkikaartissa. Marraskuussa 1847 Thesleff nimitettiin Mikkelin läänin kuvernööriksi, mistä hän siirtyi joulukuussa 1853 Viipurin läänin kuvernööriksi ja läänin alueella olleiden sotajoukkojen esikuntapäälliköksi. Vuodesta 1855 hän oli samalla myös Viipurin kaupungin sotilaskuvernöörinä, kunnes kuoli seuraavana vuonna vain 46-vuotiaana. Hän osallistui Oolannin sodan aikana vuonna 1855 Suomen rannikoiden puolustamiseen.