Bereits als Schüler macht Sebastian Thümler im Rahmen eines Praktikums erste Erfahrungen mit Film-Schnitt. Nach diversen Praktika im Schnitt- und Produktionsbereich ist er von 1994 bis 1995 als Schnitt-Assistent bei VCC in Hamburg tätig, gefolgt von einer Ausbildung zum Editor beim Norddeutschen Rundfunk (1995 bis 1997). Danach ist Sebastian Thümler als freier Filmeditor tätig. Er schneidet mehrere Fernsehspiele und mit "Chiko" (2008) seinen ersten Kinofilm – und wird für seine Leistung bei dem Hamburger Gangsterfilm mit dem Deutschen Filmpreis 2009 ausgezeichnet.

Seit 2008 gehört Sebastian Thümler zum Vorstand des Bundesverband Filmschnitt Editor e.V.