Friedrich von Thun wurde als Friedrich Ernst Peter Paul Maria Graf von Thun und Hohenstein am 30. Juni 1942 in Schloss Kwassitz, Mähren (heute Tschechische Republik), geboren. Als Dreijähriger kam er mit seiner Familie nach Österreich. Dort besuchte er das Gymnasium in Seckau und schloss seinen Besuch mit der Matura ab, bevor sein Vater von Erzherzog Otto als Privatsekretär nach Pöcking in Bayern geholt wurde. Bereits als Schüler war von Thun in einer Theatergruppe aktiv und begann 1960 ein Studium der Germanistik und Theaterwissenschaften in München. Parallel dazu nahm er privaten Schauspielunterricht und trat im studentischen Kabarett auf.

Axel von Ambesser verschaffte ihm zunächst kleinere Rollen in Filmproduktionen, bevor er ihn für seine Inszenierung von Wolfgang Christliebs "Gewitter am See" an die Müncher Kammerspiele holte, wo von Thun sein Theaterdebüt gab. Seinen ersten größeren Filmauftritt hatte er 1964 unter Helmut Käutner in der Komödie "Lausbubengeschichten". Darin, wie auch in den Fortsetzungen "Tante Frieda – Neue Lausbubengeschichten" (1965) und "Wenn Ludwig ins Manöver zieht" (1967), spielte er den Förster Franz.

Es folgten zahlreiche Rollen in Kino- und Fernsehfilmen sowie in einigen Fernsehserien. Bis heute hat Friedrich von Thun in über 160 Produktionen mitgewirkt. So spielte er an der Seite von Hartmut Becker und Eva Mattes in Michael Verhoevens gleichermaßen hoch gelobtem wie umstrittenen Vietnam-Kriegsdrama "O.K." (1970) den amerikanischen Sergeant Tony Meserve. Auf der anderen Seite übernahm er in den ersten drei Teilen der berühmt-berüchtigten "Schulmädchen-Report"-Reihe die Rolle eines sexuell wissbegierigen Reporters. Im Fernsehen sah man ihn zu dieser Zeit in der "Tatort"-Episode "Kressin und der Mann mit dem gelben Koffer" (1973).

In der Fernsehserie "Der Bastian" (1972-73) verkörperte von Thun den Bruder des titelgebenden Hippie-Studenten Bastian. Die Rolle des Junkers Hinz in der Abenteuerserie "Des Christoffel von Grimmelshausen abenteuerlicher Simplizissimus" (1975) schien dem gebürtigen Adelsmann von Thun auf den Leib geschrieben zu sein und in den folgenden Jahrzehnten verkörperte er noch oft Herren aus höheren Gesellschaftsschichten.

Mit Mario Adorf konnte man von Thun in der Krimikomödie "MitGift" (1976) auf der großen Leinwand sehen. Anschließend übernahm er zahlreiche Rollen in Fernsehproduktionen, so spielte er in der französischen Fernsehserie "Nouvelles de Henry James" (1975) oder in den Fernsehfilmen "Notwehr" (1977) und "Kameliendame" (1978), bevor er für die britische Fernsehverfilmung von Enid Blytons "Fünf Freunde" (1978) in 13 Episoden in die Rolle des Gärtners Mr. Rogers schlüpfte.

1981 gab er unter der Regie von Axel Corti im österreichischen Historienfilm "Wie der Mond über Feuer und Blut" den Gatten der einstigen Erzherzogin von Österreich, Maria Theresia. Dem prachtvollen "Ringstraßenpalais" in Wien verdankt die gleichnamige Fernsehserie von 1980 ihren Titel, in der von Thun über sieben Folgen hinweg den Grafen Bernard Artenberg verkörperte. 1984 gelang ihm der endgültige Durchbruch in Axel Cortis mehrfach preisgekrönter Romanverfilmung "Eine blaßblaue Frauenschrift" (AT): Er spielt darin die Hauptrolle eines hochrangigen österreichischen Regierungsbeamten, der 1936 von seiner einstigen Geliebten, einer deutschen Jüdin, einen Brief bekommt; darin bittet sie um die Unterstützung ihres Sohnes, der sein Kind sein könnte. Für diese Rolle erhielt Friedrich von Thun 1986 den großen Preis beim Fernsehfestival von Monte Carlo.

Die italienische Regielegende Federico Fellini besetzte von Thun 1986 in einer Nebenrolle als gekidnappten Industriellen in seinem Film "Ginger e Fred" ("Ginger und Fred", IT 1986). Im Jahr danach gab er in der überaus erfolgreichen ZDF-Fernsehserie "Das Erbe der Guldenburgs", die bis 1990 in drei Staffeln ausgestrahlt wurde, den Johannes von Meerungen. Einen Adelsmann spielte er auch unter Axel Cortis Regie in den internationalen Co-Produktion "La putain du roi" ("Die Hure des Königs", F/UK/AT/IT 1990) und "L'amour maudit de Leisenbohg" ("Das Schicksal des Freiherrn von Leisenbohg", F/D 1991, TV).

1992 verkörperte er Albert Schweitzer in zwei Folgen der US-amerikanischen Fernsehserie "The Young Indiana Jones Chronicles" ("Die Abenteuer des jungen Indiana Jones"). 1993 folgte ein Auftritt in Steven Spielbergs "Schindlers Liste" als Rolf Czurda, SS-Sicherheitsdienstchef für Krakau. Im gleichen Jahr gab er den fiktiven Minister Klaus Weidenfeld in dem Polit-Krimi "Der Fall Lucona". Von 1994 bis 1996 spielte er in der Fernsehserie "Ärzte – Dr. Schwarz und Dr. Martin" die Titelrolle des Dr. Wolfgang Schwarz.

Als Landrat Siegfried Wallner konnte man von Thun in vier Episoden des "Bullen von Tölz" (1996-99) sehen. Von 1998 bis 2004 hatte er in der Krimiserie "Die Verbrechen des Professor Capellari" die Titelrolle eines Kriminologie-Dozenten, der in seiner Freizeit Verbrechen aufklärt. Eine weitere Hauptrolle spielte er in der sechsteiligen Fernsehserie "Fast ein Gentleman" (2000), wobei er in jeder Episode einen anderen Mann mittleren Alters spielte, der schwerwiegende Entscheidungen fällen muss. Mit Heiner Lauterbach und Monica Bleibtreu spielte von Thun im Fernsehfilm "Eine Liebe in Afrika" (2003), bevor er den General Erich Ludendorff im kanadisch-US-amerikanischen Fernsehfilm "Hitler: The Rise of Evil" ("Hitler: Aufstieg des Bösen") gab.

Es folgten weitere Rollen in diversen Fernsehfilmen, etwa in Dominik Grafs Drama "Kalter Frühling" (2004) oder der leichten Komödie "Heute heiratet mein Mann" (2006). Für "Helen, Fred und Ted" (2006, TV), über drei Psychiater, die in München eine Klinik betreiben, erhielt von Thun 2007 den Bayerischen Fernsehpreis.

Nach tragenden Rollen in den TV-Mehrteilern "Zodiak- Der Horoskop-Mörder" (D/AT 2007) und "Dell & Richthoven" (2008) sah man Friedrich von Thun 2009 in dem zweiteiligen Fernsehdrama "Entführt" unter der Regie von Matti Geschonneck: Für die Rolle eines millionenschweren Großindustriellen, der einem Menschenraub zum Opfer fällt, erhielt er 2010 eine Nominierung für den Grimme-Preis.

Seine produktive Arbeit für das Fernsehen setzte von Thun auch in den letzten Jahren fort. Neben diversen Fernsehfilmen hatte er Gastauftritte in zahlreichen Serien, darunter "Ein starkes Team" (Episode "Das große Fressen", 2009), "Rosamunde Pilcher" ("Lords lügen nicht", 2010), "Das Traumschiff" ("Bora Bora", 2011). In dem hoch gelobten Wirtschaftskrimi "Ein mörderisches Geschäft" (2011) mit Devid Striesow und Christiane Paul sah man von Thun als erfahrenen Manager, der zusehends unter Druck gerät. In Nikolai Müllerschöns Familienkomödien "Hochzeiten" (2012) und "Hochzeiten 2" (2013) spielte er einen patriarchalischen Unternehmer, der sich mit seiner ökologisch aktiven Ex-Frau arrangieren muss. Ebenfalls unter der Regie von Müllerschön spielte von Thun auch seine erste Kinorolle seit vielen Jahren: In "Harms" (2013) gab er einen ehemaligen Vorstand der Bundesbank, der einen Gangster bei der Planung eines Überfalls mit Insider-Wissen versorgt. Im TV-Zweiteiler "Die Pilgerin" (2014) verkörperte er einen Bürgermeister gegen Ende des 14. Jahrhunderts.

Auf der Kinoleinwand sah man Friedrich von Thun in der Liebeskomödie "Traumfrauen" (2015) als Ehemann, der seine langjährige Frau (Iris Berben) überraschend für eine jüngere verlässt, und in dem Thriller "Die Hölle – Inferno" (2017) als demenzkranken Vater eines zynischen Wiener Polizisten. In dem Kinderfilm "Benjamin Blümchen" (2019) war er ein Zoodirektor mit dem schönen Namen Herr Tierlieb.

Vor allem aber wirkte von Thun in TV-Produktionen mit, so zum Beispiel als Vater einer ehemaligen Stasi-Agentin in "Unsichtbare Jahre" (2015), als Vater eines moralisch strauchelnden Polizisten in dem Neo-Noir "Der Polizist und das Mädchen" (2018) und als Rechtsanwalt in dem Sozialdrama "Vier Saiten" (2020). Nicht zuletzt hatte er von 2018 bis 2023 eine Hauptrolle als Gutshofbesitzer in der populären Heimat-Fernsehspielreihe "Zimmer und Stall".

2024 gehörte der inzwischen 82-jährige Friedrich von Thun zum großen Ensemble von Simon Verhoevens Kinokomödie "Alter weißer Mann".

Friedrich von Thuns Sohn Max von Thun ist ebenfalls als Schauspieler erfolgreich.