Náttúrufræðingur.

Foreldrar: Jón sýslumaður og skáld Thoroddsen og kona hans Kristín Þorvaldsdóttir umboðsmanns í Hrappsey, Sívertsens. Tekinn í Reykjavíkurskóla 1868, varð stúdent 1875, með 2. einkunn (57 st.).

Stundaði nám í náttúrufræði í háskólanum í Kh. 1875–80, án þess að taka próf, aftur í Þýzkalandi og víðar 1884–5. Kennari í Möðruvallaskóla 1880–4, í Reykjavíkurskóla 1885–99, leystur frá með fullum launum, settist 1895 að í Kh. (lét aðra gegna störfum sínum í skólanum) og var þar til æviloka.

Ferðaðist um landið 1882–98 og naut styrks úr landsjóði til ferðanna lengstum (nema 1890–1, þá frá tveim útlendum auðmönnum) og síðustu árin einnig úr ríkissjóði Dana. Gerði jafnóðum grein fyrir árangri rannsókna sinna í Andvara og í útlendum tímaritum ýmsum.

Hlaut margvíslegan frama, heiðurspeninga frá ýmsum stofnunum og varð heiðursfélagi í fjölmörgum félögum, heiðursdoktor í háskólanum í Kh. 1894, r. af dbr. 1899, prófessor að nafnbót 1902, Dr. litt. í háskóla Íslands 1921. Forseti Kaupmannahafnardeildar bmf. 1905 til 1911, er hún var lögð niður. Um ritstörf hans og árangur ferða hans sjá Ferðabók hans TV. bindi. Aðalrit: Lýsing Íslands, ágrip, Rv. 1881 (síðar endurpr.); Oversigt over de isl. Vulk. Hist., Kh. 1881; Landfræðisaga Ísl. 1– IV. b., 1892–4; Landskjálftar á Ísl. (1899–1905); jarðfræðiuppdr. Ísl. (1901); Island, Grundriss der Geographie und Geologie (1906); Ævisaga Péturs byskups Péturssonar (1908); Lýsing Ísland, 4 bindi (1908–20); Ferðabók, 4 bindi (1913–15); Árferði á Íslandi (1916–17); Minningabók (1922–3); Fjórar ritgerðir (1924); sjá ella um hinn mikla grúa ritgerða hans skrá sjálfs hans (í Ferðabók IV) og bókaskrár.

Kona: Þóra (d. 1917) Pétursdóttir byskups Péturssonar. Dóttir þeirra: Sigríður dó ung. Laundóttir hans María dó uppkomin. Þorvaldur var vel efnum búinn og gaf mestallt eigna sinna til góðgerða- og nytsemdarfyrirtækja á Íslandi (Sunnanfari 1894; Óðinn XII; Andvari 47. árg.; Ársrit fræðafél. 1923 og margvíða annarstaðar).