Även om Federer inledde matchen starkt, lyckades den 25-årige österrikaren Thiem, rankad åtta i världen, få giganten på fall och vann med 2–1 i set, 3–6, 6–3, 7–5.
– Jag var lite nervös inför att jag skulle serva. Det har varit ett nöje att spela mot en av de bästa någonsin, sade Thiem efter matchen enligt news.com.au.
– Jag har haft en fantastisk vecka, även om det inte gick hela vägen. Gratulationer till Dominic – en underbar vecka och ett enastående spel på slutet. Du har förtjänat det, sade Federer efter matchen.
Söndagens finalspel i Kalifornien är Thiems tredje vinst över schweizaren Federer på fem möten.