Родился 28 сентября 1903 года в селе Подлипное (Подлинное) Конотопского района Сумской области (Украина) в крестьянской семье. Украинец. Окончил церковно-приходскую пятиклассную школу в 1914 году. Работал в отцовском хозяйстве, рассыльным на телеграфе, телеграфистом в городе Конотоп.
Участвовал в гражданской войне с 1918 года, воевал в составе партизанского отряда в период оккупации Конотопа немецкими интервентами.
В РККА с 1923 года.
Окончил Сумскую пехотную военную школу в 1924 году.
С 1924 года по 1926 год года служил старшиной роты 7-го стрелкового полка в Одесской области.
Окончил Объединённую военную командную школу имени ВЦИК в Москве в 1929 году, а затем - аэроклуб.
С 1929 года командовал взводом и ротой в 95-й стрелковой дивизии в Ленинакане (Азербайджан), затем был редактором дивизионной многотиражной газеты.
В 1931 году перешёл в ВВС и сдал экзамен по курсу лётчика-наблюдателя при 52-й авиационной эскадрилье в Гомеле.
С 1932 года служил в 9-й бомбардировочной авиационной бригаде в Смоленске, был командиром экипажа бомбардировщика ТБ-3, помощником начальника штаба бригады по разведке.
Окончил Борисоглебскую школу командиров звеньев в (учился с января 1933 года по 1935 год).
С 1935 года командовал звеном самолётов-разведчиков Р-6 9-й крейсерской эскадрильи в Монино (Московская область), командовал эскадрильей.
Присвоено звание старшего лейтенанта.
Участвовал в национально-революционной войне в Испании с октября 1936 года по июнь 1937 года, сначала в качестве пилота и штурмана бомбардировщиков «Бреге-19» и «Потез-540» 1-й интернациональной бомбардировочной эскадрильи, затем пилота бомбардировщика СБ 2-й бомбардировочной эскадрильи 12-й бомбардировочной группы и пилота штурмовика Р-5ССС 12-й штурмовой группы республиканской авиации.
Совершил 107 боевых вылетов, провел 11 воздушных боев, уничтожил 1 транспортный корабль в порту Кадис, 1 артиллерийский завод, 1 склад боеприпасов, 3 танка, 200 автомашин, повредил крейсер «Канариас» в районе порта Мотриль, 14 железнодорожных эшелонов.
После возвращения из Испании продолжал служить в Военно-воздушных силах.
В июле 1937 года присвоено звание майора.
В июле 1937 года был назначен командиром бригады 64-й тяжёлой бомбардировочной авиационной дивизии.
Участвовал в национально-освободительной войне в Китае с сентября 1937 года по июнь 1938 года в качестве военно-воздушного атташе и главного военного советника по авиации.
На бомбардировщиках ТБ-3 и СБ-2 произвел несколько боевых вылетов.
В феврале 1938 года присвоено звание полковника.
С начала 1938 года командовал 32-м скоростным бомбардировочным авиационным полком.
Участвовал в боях в районе Халхин-Гола в 1939 году.
4 августа 1939 года было присвоено воинское звание «комбриг».
В сентябре 1939 года был назначен на должность заместителя командующего ВВС Забайкальского военного округа.
С 1940 году был командиром тяжёлой авиационной бригады Сибирского военного округа.
4 июня 1940 года ему было присвоено звание генерал-майора авиации.
Окончил Высшие Академические курсы при Военной академии Генштаба в мае 1941 года.
В мае 1941 года был назначен на должность заместителя командира 62-й тяжёлой авиационной дивизии Киевского особого военного округа.
Участвовал в Великой Отечественной войне с 22 июня 1941 года.
Воевал на Юго-Западном фронте, принимал участие в оборонительных сражениях на Западной Украине и Киевской оборонительной операции.
Произвел несколько боевых вылетов на бомбардировщиках СБ-2 и Пе-2.
В сентябре 1941 года попал в окружение в районе города Пирятин Полтавской области. Возглавив попавшие в окружение части советских войск, пытался пробиться к линии фронта.
23 сентября был тяжело ранен в плечо и голову и, в бессознательном состоянии попал в плен в районе села Загребенье Гребенковского района Полтавской области.
Шесть месяцев содержался в тюрьме Моабит в Берлине, подвергаясь массированной моральной и физической обработке с целью склонения к переходу на службу в гитлеровскую армию.
В марте 1942 года был переведен в офицерский концентрационный лагерь Хаммельбург, где возглавил подпольную патриотическую организацию советских офицеров и генералов. За организацию агитационно-пропагандистской работы, подготовку массового побега из лагеря, 14 ноября 1942 года был переведен в Нюрнбергскую гестаповскую тюрьму, а уже на следующий день - в концлагерь Флоссенбург.
В январе 1943 года был расстрелян в концлагере Флоссенбург (Германия).
12 марта 1959 года имя Григория Илларионовича Тхора было навечно зачислено в списки 1-й эскадрильи 815-го тяжёлого бомбардировочного авиационного полка.
Указом Президента СССР от 26 июня 1991 года за мужество и героизм, проявленные в борьбе с немецко-фашистскими захватчиками в Великой Отечественной войне 1941-1945 годов, генерал-майору авиации Григорию Илларионовичу Тхору посмертно было присвоено звание Героя Советского Союза (медаль «Золотая Звезда» № 11657).
Награждён двумя орденами Ленина (22.02.1939, 26.06.1991), тремя орденами Красного Знамени (02.01.1937, 04.07.1937,* 14.11.1938**), орденом «Знак Почёта» (25.05.1936), орденом Китайской народной республики.
Примечания:
* Орден имел порядковый № 20/"2".
** Орден имел порядковый № 7/"3".