Thylane Blondeau mindössze 4 éves volt, amikor modellkedni kezdett: 2005 őszén Jean Paul Gaultier bemutatóján debütált a párizsi divathéten. Az ezt követő években együtt dolgozott egy sor világhírű divatházzal. 2006-ban a francia Vogue magazin választotta meg a világ legszebb kislányának, ettől kezdve a legtöbben így emlegették.
Blondeau ma már 23 éves és azóta is modellkedéssel foglalkozik, ám elsősorban fotózásokon, mivel 170 centis testmagasságával alacsonynak számít a kifutóra. Az utóbbi években többek között olyan divatházak kampányaiban szerepelt, mint Versace és a Prada, emellett a L’Oreal Paris globális márkanagykövete is volt.
2015-ben a Belle és Sébastien – A kaland folytatódik című francia kalandfilmben kapott szerepet, ám színészi karrierje nem indult be, azóta csak két kisebb epizódszerepben tűnt fel vásznon.
A modell 2020 óta él párkapcsolatban Ben Attal francia színésszel.