Thilo Ullrich absolvierte zunächst eine Ausbildung zum Theatermaler am Theater Bremen bevor er 2011-2015 an der Universität Mozarteum Salzburg Bühnen- und Kostümgestaltung, Film- und Ausstellungsarchitektur, in der Klasse von Henrik Ahr studierte. Nach seinem Diplom mit Auszeichnung folgte 2015–2018 eine feste Ausstattungsassistenz am Residenztheater in München, hier arbeitete er unter anderem mit Aleksandar Denić, Raimund Orfeo Voigt und Ulrich Rasche. In dieser Zeit begann auch die enge Zusammenarbeit mit der Regisseurin Mirjam Loibl. Thilo Ullrich ist als freischaffender Bühnen- und Kostümbilder für Schauspiel und Oper tätig. Seine Entwürfe werden u. a. am Bayerischen Staatsschauspiel, Münchener Volkstheater, Thalia Theater Hamburg, Theater Bielefeld, Schauspiel Wuppertal, Staatstheater Nürnberg, an den Münchner Kammerspielen, an der Hamburgische Staatsoper und der Staatsoper Hannover realisiert. In Hannover arbeitete er 2020 das erste Mal mit der Regisseurin Barbora Horáková für die Neuinszenierung von »Carmen« zusammen. Thilo Ullrich ist Alumnus der Akademie Musiktheater heute. Gemeinschaftlich entstand an der Hamburgischen Staatsoper 2019 das Werk »Die Nacht der Seeigel«. Er ist Mitglied des Musiktheaterkollektivs MEMBRA.