Thorsen interesserte seg for eldre norsk arkitektur, særlig kirkebygninger. Fra 1873 til 1886 var han engasjert av Fortidsminneforeningen og foretok en rekke reiser rundt i Norge for å måle opp og dokumentere eldre bygninger. I 1880- og 1890-årene deltok han i debatten om restaureringen av norske middelalderbygninger, og var medlem av juryen i konkurransen om restaureringen av Håkonshallen. Han vant imidlertid ikke fram med sitt syn og trakk seg etter hvert ut av den offentlige debatten.