L'avenue Thornill emprunte son nom à un ancien domaine du 19e siècle correspondant à la partie ouest de la terre de La Noraye, à Sillery. Acquise par le Séminaire de Québec en 1686 puis annexée à la châtellenie de Coulonge, cette terre s'étendait à l'ouest de l'avenue actuelle, entre le chemin Saint-Louis et le boulevard René-Lévesque. Elle appartient un temps à James Murray, premier gouverneur britannique de Québec (1760-1763), puis à plusieurs autres membres influents de la communauté britannique. Alexander Simpson, gérant de la succursale de la Banque de Montréal à Québec, achète la partie ouest et y fait construire en 1823 une villa qu'il nomme Thornhill - littéralement « colline de l'aubépine » - en raison des épais buissons d'aubépine qui couvrent le coteau. La villa changera de mains à plusieurs reprises et aura comme occupant, entre autres, sir Francis Hincks, premier ministre du Canada-Uni de 1851 à 1854. En 1950, l'ancien chemin domanial est cédé à la Ville de Sillery. La villa, qui s'élevait à l'angle de l'avenue Thornhill et du chemin Saint-Louis, a été démolie pour faire place au siège social d'une importante compagnie d'assurances.