Renvallin vanhemmat olivat pormestari Henrik Renvall ja Agneta Cornelia Cairenius. Hän valmistui filosofian kandidaatiksi 1840 ja historian dosentiksi 1845.
Vaasan lukiossa hän toimi historian lehtorina 1845–1851 ja sitten Turun lukiossa 1852–1858. Renvallia pidettiin uudenaikaisena pedagogina, joka osallistui myös yhteiskunnallisiin tehtäviin. Vuosina 1846–1847 hän toimitti Wasa Tidning -lehteä ja oli 1848–1850 perustamassa suomenkielistä Ilmarinen-lehteä.
Vaasan aikana Renvall oli herännäisyyden piirissä, mutta Turussa siirtyi ns. raamatullisen teologian kannattajaksi. Papiksi hänet vihittiin 1857 ja jo seuraavana vuonna hänestä tuli Turun tuomiorovasti. Renvall muun muassa osallistui kirkkolain uudistukseen, oli Tammikuun valiokunnan jäsen 1862 sekä osallistui valtiopäivillepappissäädyn edustajana 1863, 1872, 1877, 1882, 1885, 1888, 1891 ja 1894. Säätynsä puhemiehenä hän toimi 1885, 1888, 1891 ja 1894.[1]
Arkkipiispana Renvall oli maltillinen uudistaja. Kielikysymyksessä hän oli suomenmielinen, esimerkiksi vuonna 1879 hän oli mukana perustamassa Turun suomalaista yksityislyseota. Vuonna 1878 hän suoritti ensimmäisen suomenkielisen papiksi vihkimisen Suomessa. Kirkolliskokousten puheenjohtajana Renvall toimi 1886 ja 1893, ensimmäiseen kirkolliskokoukseen vuonna 1876 hän myös osallistui. Teologian tohtorin arvon Renvall sai vuonna 1864.
Renvallin ensimmäinen puoliso vuodesta 1843 oli Emilia Maria Lovisa Bergenstråle (1814–1863) ja toinen vuodesta 1865 Amanda Sofia Limnell (1837–1915),[1] kruununvouti Gustaf Magnus Rindellin leski.
Heikinheimo, Ilmari: Suomen elämäkerrasto, s. 622–623. Helsinki: Werner Söderström Osakeyhtiö, 1955.
Paunu, Eira: Torsten Thure Renvall: Elämä ja toiminta. Suomen kirkkohistoriallisen seuran toimituksia 53. Väitöskirja. Helsingin yliopisto, 1952.
Tiensuu, Kyllikki: ”Renvall, Torsten Thure (1817–1898)”, Suomen kansallisbiografia, osa 8, s. 241–242. Helsinki: Suomalaisen Kirjallisuuden Seura, 2006. ISBN 951-746-449-5. Teoksen verkkoversio.
