[3] Courtois comenzó su carrera futbolística a los cinco años de edad en el Bilzerse VV.
[6] Courtois comenzó la temporada 2007-09 como el sexto guardameta en el orden jerárquico del Genk,[6][7] por detrás de Logan Bailly, Sinan Bolat, Davino Verhulst, Sem Franssen y Koen Casteels.
[7][13] De esta forma, Courtois recibió su oportunidad y pudo debutar en Primera División.
[20] Al día siguiente, Courtois fue titular en la derrota por 3-0 ante el FC Oporto en la Europa League.
[36] Tres días después, Courtois hizo su debut en la Primera División en un encuentro frente al CA Osasuna en el que ambos equipos empataron 0-0.
Courtois jugó los 90 minutos del que fue el centésimo partido de su carrera como profesional.
Durante la Liga 2012-13 Courtois ganó el Trofeo Zamora que se otorga al portero menos goleado durante la Liga, siendo el portero más joven en conseguir este título Estas actuaciones ayudaron al equipo a acabar tercero y conseguir la clasificación para la Liga de Campeones 2013-14.
Sus buenas actuaciones durante la temporada le permitieron auparse al puesto 28[42] de la lista Goal 50.
Al comienzo de 2014, Thibaut fue elegido en su país[44] el hombre del año.
De nuevo, en las semifinales de la competición contra el Chelsea, realizó grandes paradas que ayudaron a que su equipo se clasificara para disputar la final contra el Real Madrid.
[52] En su última temporada con el club, Courtois consiguió coronarse campeón de la FA Cup, donde el Chelsea venció en la final al Manchester United por uno a cero, con gol de Eden Hazard.
Este fichaje causó mucha polémica ya que en su paso por el Atlético, Thibaut se ganó el cariño y respeto de la afición rojiblanca y su fichaje por el Real Madrid fue visto como una traición y una falta de respeto al equipo que le dio a conocer.
Al término del curso, fue designado como el segundo mejor jugador de la temporada 2021-22 por el diario Marca (junto a sus compañeros Karim Benzema, primero, y Vinícius Júnior, tercero).
[66] Durante el torneo Courtois jugó todos los partidos como titular y la selección belga se clasificó hasta los cuartos de final, donde fue eliminada por Argentina.
Courtois sería una pieza fundamental en este resultado siendo el portero con más atajadas de la competición, méritos que le hicieron llevarse el Guante de Oro del Mundial.
[77] En 2019 comenzó una relación con la modelo y presentadora española Alba Carrillo, pero no duró más que unos meses.
[81] En noviembre de 2013, la palabra fue incluida en una lista corta compuesta por el principal diccionario holandés Van Dale para ser votada y determinar la mejor nueva palabra deportiva/diversión del año en Bélgica,[82] y terminó en segundo lugar.
En 2021, Courtois participó en el campeonato F1 Virtual Grand Prix 2021 como piloto de Alfa Romeo.