Kip Thorne tok bachelorgraden ved California Institute of Technology (Caltech) i 1962, og doktorgraden ved Princeton University i 1965. Han skrev sin doktorgradsavhandling med professor John Wheeler som veileder. Thorne var tilbake ved Caltech som førsteamanuensis i 1967, og ble professor i teoretisk fysikk i 1970 hvor han ble værende resten av karrieren.