Franck Thilliez a commencé à travailler dans les nouvelles technologies. Tous ces romans lui permettent d’imprimer sa patte caractéristique, mêlant intrigues tortueuses en milieu hostile et thématiques scientifiques.
Dès son premier roman, « Train d’enfer pour Ange rouge » (La Vie du Rail, 2003), il est nommé pour le Prix SNCF du Polar. On y découvre l’un de ses personnages récurrents : Franck Sharko.
Il publie en 2005 « La Chambre des morts » (Le Passage), avec son autre personnage fétiche : Lucie Henebelle. Le roman deviendra par la suite le film éponyme d’Alfred Lot. Il reçoit, pour ce roman, le Prix des lecteurs Quai du polar en 2006, et le Prix SNCF du Polar français en 2007.
Vont se succéder par la suite plusieurs thrillers mettant en scène Franck Sharko ou Lucie Henebelle, ainsi que des « one-shots » tels que « La Forêt des ombres » en 2006, ou « L’Anneau de Moebius » en 2008.
En 2010, Franck Thilliez décide de réunir ses deux flics dans un diptyque ayant pour thème la violence : « Le Syndrome E » puis « Gataca ». Suivront « Atomka », « Angor », « Pandemia », et « Sharko » (en 2017), toujours avec les deux flics réunis.
En parallèle, il continue à offrir des récits distincts avec « Vertige » et « Puzzle », puis « REVER » en 2016.
Tous ces derniers romans sont publiés chez Fleuve Editions en grand format et chez Pocket en poche.
Franck Thilliez est également scénariste. Son premier scénario, « Obsessions » de Frédéric Tellier, a obtenu le Prix Mireille Lantéri en 2011. Il a coécrit, avec Niko Tackian, les dialogues du téléfilm de Pierre Isoard intitulé « Alex Hugo, la mort et la belle vie ». « La Promesse du feu » de Christian Faure (mini-série), coécrit avec Mikaël Ollivier a été diffusée en mai 2017 sur France 2.
Son nouveau roman, « Le manuscrit inachevé », est sorti le 03 mai 2018. Un manuscrit sans fin, une enquête sans corps, une défunte sans visage. Le livre idéal pour représenter le Festival Sans Nom dont il sera le parrain en 2018 !