Im Sommer 1999 wechselte der Mittelfeldspieler Ronny Thielemann vom FC Erzgebirge Aue zum damaligen Erstligisten FC Hansa Rostock. Thielemann blieb eine Saison bei den Hanseaten und absolvierte sieben Spiele.
Im Sommer 2000 folgte der Wechsel zum gerade in die 1. Bundesliga aufgestiegenen FC Energie Cottbus. In den folgenden feierte er zwei Klassenerhalte und stieg am Ende der Saison 2002/03 in die 2. Bundesliga ab. Nach nur einem Zweitligaspiel wechselte er im September 2003 zum FC Sachsen Leipzig in die Regionalliga Nord. Er absolvierte 22 Spiele und stieg mit der Mannschaft am Saisonende in die Oberliga Nordost (Staffel Süd) ab. Hier spiele er ein weiteres halbes Jahr und wechselte in der Winterpause 2004/05 ablösefrei zum Ligakonkurrenten FC Carl Zeiss Jena. Mit Jena erkämpfte er die Meisterschaft in der Oberliga Nordost und stieg somit in die Regionalliga auf. In der darauffolgenden Saison gelang ihm mit dem FC Carl Zeiss Jena sogar der Aufstieg in die 2. Bundesliga. Von 2007 bis 2010 wurde Thielemann als Führungsspieler in der 2. Mannschaft von Energie Cottbus eingesetzt, zudem war er Co-Trainer dieser Mannschaft.
Als Co-Trainer beim FC Hansa
Zusammen mit Jens Härtel wechselte Ronny Thielemann im Januar 2019 als Co-Trainer nach Rostock. Mit dem FC Hansa erreichte er den sechsten Tabellenplatz und wurde Landespokalsieger. Auch in der Folgesaison gelang es Sechster in der 3. Liga zu werden und den Landespokal zu verteidigen. Die erfolgreiche und fruchtbare Zusammenarbeit zwischen den Ostseestädtern und Thielemann führte im März 2021 zu einer Vertragsverlängerung für die kommende Saison 2021/2022. Zwei Monate nach dieser Vertragsverlängerung konnte die Saison 2020/21 am 22. Mai 2021 mit dem Aufstieg in die 2. Bundesliga gekrönt werden.
Nach der Beurlaubung von Chef-Trainer Jens Härtel am 6. November 2022 wird auch Co-Trainer Ronny Thielemann den FC Hansa Rostock verlassen.