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Er ist Mitbegründer und Gitarrist der GrungebandSoundgarden. Nachdem diese sich 1997 aufgelöst hatte, wirkte er in verschiedenen Projekten mit, unter anderem bei Probot, einem Nebenprojekt des früheren Nirvana-Schlagzeugers Dave Grohl. Thayil ist indischer Abstammung. In der 2003 erschienenen Rolling-Stone-Liste der 100 besten Gitarristen ist er auf Rang 100 platziert. Soundgarden haben sich im Jahr 2010 wiedervereinigt.
