Henning Thues vidtfavnende litterære og estetiske interesser, underbygd av store språkkunnskaper, gjorde ham til en lovende akademiker, men han døde tidlig. Hans viktigste bidrag til norsk lærdomshistorie er en del pavebrev fra senmiddelalderen som han skaffet avskrifter av til åpningsbindet av Diplomatarium Norvegicum.
Thue vokste opp i trange kår som den nest eldste av 13 søsken på gården Frivold ved Grimstad. Til han var 12 år gammel, gikk han på skole i Grimstad. 1828 fortsatte skolegangen i Christiania, hvor familien bodde i ett år. Da familien vendte tilbake til Grimstad, ble Thue igjen i Christiania, hvor han fikk privat understøttelse, og hvor general Benoni Auberts sønner overvåket hans skolegang; den ene av disse, den 8 år eldre Ludvig, ble lektor i latin ved universitetet samme år som Thue tok examen artium som preseterist (1834).
Thue studerte filologi, og til embetseksamen 1840 oppnådde han “innstilling”, dvs. beste karakter. Gresk og latin var fag han særlig utmerket seg i. Allerede i skoletiden slet han med svak helse og nærsynthet. Likevel var han sosialt anlagt og hadde lett for å vinne venner, blant dem den senere filosofiprofessor M. J. Monrad, som han delte bolig med. Allerede i studietiden begynte han som bokanmelder og utviste journalistiske evner med skildringer fra studenterlivet og det offentlige liv. Han var et fremtredende medlem av Studentersamfundet, og etter embetseksamen var han redaktør for det håndskrevne Samfundsbladet og medlem av redaksjonen for Samfundets tidsskrift Nor. Her fikk han trykt sin første vitenskapelige studie, Om Pytheas fra Marseille og hans Reiser til det nordlige Europa. Han hadde også et talent for leilighetsdiktning. Thue var sympatisk innstilt til den 7 år eldre Henrik Wergeland, men var ikke ukritisk til hans diktning.
1841 ble Thue en av de første universitetsstipendiater ved universitetet i Christiania, ikke i klassisk filologi, men etter eget ønske i klassisk arkeologi, mytologi og moderne litteraturhistorie. Han søkte seg snart til København, hvor den 25 år gamle nordmann straks opptrådte som en av opponentene ex auditorio ved den to år eldre Søren Kierkegaards disputas for magistergraden. En frukt av Thues studier i København var en avhandling på nesten 200 sider, Troubadourpoesien og Troubadourerne, med oversettelser av provençalske dikt.
Sommeren 1842 la Thue ut på en studiereise til kontinentet. Museumsbesøk og arkeologiske og kunsthistoriske forelesninger stod sentralt på denne reisen. Thue fant seg fort til rette blant skandinavene i Roma. Våren og forsommeren 1843 oppholdt han seg i Napoli, hvor han pådrog seg en forkjølelse han aldri helt overvant. Under Roma-oppholdet fikk han innpass i Vatikanarkivet og mottok avskrifter av 114 pavebrev vedrørende senmiddelalderens Norge; en del av disse betydde en viktig tilvekst til primærmaterialet og ble trykt i bind 1 av Diplomatarium Norvegicum (1847). I Paris viet Thue seg i noen måneder til studiet av nyere europeisk litteraturhistorie.
Sommeren 1844 ble Thue overlærer ved Arendals middel- og realskole. Grepet av skandinavismens idé satte han seg fore å skape en nordisk lesebok i dens ånd; boken var bygd opp etter sjangrer med hovedvekten på dansk og norsk litteratur fra Holberg til samtiden. Verket fikk en viss utbredelse.
Da Frederik Ludvig Vibe 1848 fratrådte som professor i gresk til fordel for rektoratet ved Christiania katedralskole, var Thue eneste søker til det utlyste lektorat i gresk filologi, og han ble utnevnt desember 1848. I de tre semestre han fikk virke i stillingen, ble hans tekstgjennomgåelser ansett som krevende. Men helsen sviktet, og våren 1850 fikk han innvilget permisjon for å ta kuropphold ved tyske badeanstalter. Etter en krise kom han seg tilsynelatende, og da læreren i de moderne språk ved universitetet, professor J. A. Messel, døde i oktober, gav Thue privat uttrykk for at han ønsket å skifte stilling og bli Messels etterfølger isteden. Men før han rakk å komme hjem, døde han temmelig brått i midten av januar 1851.
“Han udmerkede sig mindre ved dristige, originale Synsmaader, end ved et sundt Blik og en rigtig Smag, hvormed han stedse vidste at tilegne sig det Bedste og det Sandsynligste,” skrev vennen M. J. Monrad om Thue i forordet til hans Efterladte Arbeider.