David Thompson se narodil 13. července 1954 v Shelby, Severní Karolína. Už na střední škole Crest High School v Boiling Springs se projevoval jako mimořádně talentovaný basketbalista. V roce 1971 dovedl svůj tým k neporazitelné sezóně a státnímu titulu. Jeho atletické schopnosti a neuvěřitelný vertikální výskok mu vynesly přezdívku „Skywalker“ (Chodec po obloze), což bylo v té době pro basketbalisty neobvyklé. Thompson se stal jedním z nejžádanějších středoškolských hráčů v zemi a jeho rozhodnutí zůstat v rodné Severní Karolíně a nastoupit na North Carolina State University (NCSU) bylo vnímáno jako velká událost.
Na NCSU hrál Thompson pod vedením trenéra Normana Slaunwhitea a později Normana Sloanem. Jeho univerzitní kariéra trvala od roku 1972 do roku 1975 a byla plná úspěchů. V sezóně 1972–1973 dovedl „Wolfpack“ k neporazitelné bilanci 27–0, ale kvůli tehdejším pravidlům NCAA, která zakazovala týmům na zkušební době účast v play-off, se nemohli zúčastnit turnaje. To bylo pro Thompsonův tým zklamání, ale ukázalo to jeho dominanci na univerzitní scéně. V tomto ročníku zaznamenal průměrně 24,7 bodu a 8,1 doskoku na zápas.
Vrchol univerzitní kariéry přišel v sezóně 1973–1974. Thompson dovedl NCSU k národnímu titulu NCAA. V semifinále se utkali s legendární UCLA, která předtím vyhrála sedm titulů v řadě a měla bilanci 88 po sobě jdoucích vítězství. NCSU ukončilo tuto sérii po napínavém dvojnásobném prodloužení, ve kterém Thompson zaznamenal 28 bodů. Ve finále pak porazili Marquette University. V této mistrovské sezóně měl Thompson průměry 26,0 bodu a 7,9 doskoku na zápas. Byl jmenován Nejlepším hráčem finálového turnaje NCAA. V roce 1975 dokončil svou univerzitní kariéru s průměrem 21,5 bodu a 7,7 doskoku na zápas, a celkově s průměrem 25,8 bodu a 7,9 doskoku za tři roky. Během svého působení na NCSU byl třikrát jmenován do prvního týmu All-American a v roce 1975 získal cenu Naismith Award a Wooden Award pro nejlepšího univerzitního hráče.
V roce 1975 byl David Thompson vybrán jako první celkově v obou draftech – v NBA ho vybrali Atlanta Hawks a v ABA Virginia Squires. Thompson se rozhodl podepsat smlouvu s týmem Denver Nuggets v lize ABA. Toto rozhodnutí bylo v té době poměrně běžné, protože ABA nabízela vyšší platy a atraktivnější styl hry. Jeho první profesionální sezóna 1975–1976 byla vynikající. Thompson se okamžitě stal hvězdou ligy, zaznamenal průměr 26,0 bodu, 6,3 doskoku a 3,7 asistence na zápas. Za své výkony získal ocenění ABA Rookie of the Year (Nováček roku ABA) a byl jmenován do prvního týmu All-ABA. Nuggets pod jeho vedením postoupili až do finále ABA, kde prohráli s New York Nets. Byl také vybrán do ABA All-Star Game, kde získal ocenění MVP zápasu.
Po této sezóně došlo k sloučení ABA a NBA, a Denver Nuggets se spolu s dalšími třemi týmy (New York Nets, Indiana Pacers a San Antonio Spurs) připojili k NBA. Thompsonova kariéra v NBA začala hned v sezóně 1976–1977 a on pokračoval ve svých skvělých výkonech. V této první NBA sezóně zaznamenal průměr 25,9 bodu, 6,6 doskoku a 3,9 asistence na zápas a byl jmenován do All-NBA First Team. Nuggets se dostali do play-off, kde prohráli v semifinále konference.
Sezóna 1977–1978 byla pro Thompsona jednou z nejlepších. Znovu zaznamenal průměr 27,2 bodu, 4,9 doskoku a 4,5 asistence na zápas a opět byl zařazen do All-NBA First Team. Ještě výraznější byla sezóna 1978–1979, kdy průměrně nasbíral 24,0 bodu, 3,6 doskoku a 3,0 asistence. Thompson byl vnímán jako jeden z nejlepších hráčů ligy a účastnil se čtyř NBA All-Star Game v letech 1977, 1978, 1979 a 1983. V All-Star Game 1979 získal ocenění MVP zápasu, když zaznamenal 25 bodů a 5 doskoků.
Jedním z nejvíce památných momentů Thompsonovy kariéry byla střelecká bitva o titul krále střelců NBA v poslední den sezóny 9. dubna 1978. Thompson a George Gervin ze San Antonio Spurs bojovali o nejvyšší průměr bodů na zápas. Thompson nastoupil dříve v den a ve svém zápase proti Detroit Pistons zaznamenal 73 bodů (28 z 38 z pole, 17 z 20 z čáry trestného hodu), což byl tehdy druhý nejvyšší bodový zisk v historii NBA po Wiltu Chamberlainovi. Aby ho Gervin překonal, potřeboval 59 bodů. Později ten večer Gervin v zápase proti Utah Jazz nasbíral 63 bodů, čímž Thompsona o pouhých 0,07 bodu na zápas v průměru předstihl a získal titul krále střelců. Thompsonův výkon 73 bodů zůstává dodnes rekordem pro hráče Nuggets.
Po sezóně 1978–1979 začaly Thompsonovu kariéru ovlivňovat opakovaná zranění kolene. Jeho herní čas a efektivita klesaly. V sezóně 1979–1980 odehrál pouze 39 zápasů a jeho průměr klesl na 16,1 bodu. Následující sezóny 1980–1981 a 1981–1982 sice ukázaly mírné zlepšení, s průměry 25,5 a 14,9 bodu, ale Thompson už nedosahoval dřívější formy.
V roce 1982 byl Thompson vyměněn z Denveru do Seattle SuperSonics za Billa Hanzlika a volbu v draftu. V Seattlu odehrál dvě sezóny. V té první, 1982–1983, zaznamenal průměr 15,9 bodu a byl dokonce vybrán do svého pátého All-Star Game. Nicméně, osobní problémy a pokračující zranění začaly mít čím dál větší dopad na jeho výkony. V sezóně 1983–1984 odehrál pouze 19 zápasů s průměrem 12,6 bodu, než byl propuštěn. Jeho kariéra v NBA skončila ve věku 29 let, v podstatě předčasně.
Po ukončení aktivní hráčské kariéry se David Thompson potýkal s problémy se závislostí, které ovlivnily jeho život po několik let. V polovině 80. let se však rozhodl pro změnu a podstoupil úspěšnou léčbu. Po uzdravení se stal inspirací pro ostatní, když otevřeně hovořil o svých zkušenostech a varoval před nebezpečím závislostí. Pracoval pro Denver Nuggets v komunitních vztazích a stal se pastorem.
Navzdory předčasnému konci jeho profesionální kariéry byl David Thompson uznán za jeden z největších talentů své doby. V roce 1996 byl uveden do Naismith Memorial Basketball Hall of Fame. Jeho dres s číslem 33 byl vyřazen jak na North Carolina State University, tak u Denver Nuggets. Thompson je dodnes připomínán pro svůj neuvěřitelný atletismus, výskok a schopnost skórovat, které z něj udělaly jednoho z průkopníků moderního basketbalového stylu.