Dörflein werd geboren in Wedding, groeide op in Spandau en werkte sinds 1982 als verzorger in de Zoologischer Garten Berlin. Sinds 1987 werkte hij als opzichter bij de beren en wolfachtigen. Toen op 5 december2006 voor het eerst in dertig jaar een ijsbeer geboren werd in de dierentuin en deze door zijn moeder verstoten werd, onderscheidde hij zich door de zorg voor de ijsberenbaby, die Knut werd genoemd, op zich te nemen. Voor zijn inzet ontving hij verschillende Duitse onderscheidingen en erkenningen.
Thomas Dörflein overleed op 44-jarige leeftijd aan een hartaanval te Wilmersdorf. Ruim twee jaar later stierf ook Knut.