Тильманс начинал как гитарист. В 1949 г. в Париже он принял участие в джем-сешне вместе с Сидни Беше, Чарли Паркером, Майлзом Дэвисом, Максом Роучем. В 1949 и 1950 годах он участвовал в европейских турне Бенни Гудмена, осуществив в Париже свою первую запись вместе с товарищем по оркестру, саксофонистом Зутом Симсом. В 1951 г. ездил в турне с бельгийским артистом Боббеяном Схупеном.
В 1952 г. Тильманс переехал в Соединённые Штаты, где работал с Чарли Паркером, Майлзом Дэвисом и Диной Уошингтон. Он играл и записывался с музыкантами такого разряда, как Элла Фицджеральд, Джако Пасториус, Пегги Ли, квинтет Джорджа Ширинга, Куинси Джонс, Оскар Питерсон, Билл Эванс, Пол Саймон, Билли Джоэл, «Хэппенингс», Аструд Жилберту, Шерли Хорн, Элис Режина и другие.
Тутс Тильманс — автор джазового стандарта «Блюзетт», где он использовал унисонное звучание свиста и гитары. Впервые записанная Тутсом в 1962 г. с текстом Нормана Гимбела, песня снискала крупный успех сразу нескольким певцам по всему миру, и впоследствии была многократно перезаписана и переиздана автором в различных студийных и концертных исполнениях. Фирменную игру Тутса также можно услышать в музыке к фильмам Полуночный ковбой, Жан де Флоретт, Шугарлендский экспресс, Якудза, Турецкие наслаждения, Побег, Французский поцелуй, Dunderklumpen (также озвучание одного из персонажей), Том и Томас, а также во многих телепрограммах, напр., «Улица Сезам». Его свист и гармошку можно услышать в рекламных роликах «Олд спайс», идущих в эфир многие годы.
В восьмидесятых годах Тильманс выступал с бас-гитаристом, композитором и лидером группы Джако Пасториусом в различных составах от дуэта до «мини-биг-бэнда» на альбоме «Word of Mouth». В 1983 г. участвовал в записи альбома Билли Джоэла «An Innocent Man»; его фирменная гармошка звучит в песне «Leave a Tender Moment Alone». Годом спустя, он появился на записи Джулиана Леннона «Too Late for Goodbyes» с альбома «Valotte». И «An Innocent Man», и «Valotte» были спродюсированы Филом Рамоне. В 1984 г. он записался для альбома Билли Экстейна «I Am a Singer». В девяностых Тильманс вступал в проекты, связанные с этнической музыкой. В 1998 г. он выпустил альбом во французской эстетике под названием «Chez Toots» (игра слов: фр. «chez tous» звучит идентично), включивший франкоязычную версию «The Windmills of Your Mind» в исполнении приглашённого вокалиста Джонни Матиса. Этот диск по-прежнему хорошо продаётся.
Помимо известности в качестве состоявшегося музыканта, он любим за свою скромность и лёгкость в поведении. В родной Бельгии он также известен тем, что называет себя «уличным парнем» на старобрюссельском сленге. Он получил единую почётную докторскую степень обоих Брюссельских свободных университетов, а в 2001 г. возведён в бароны королём Альбертом II. В 2005 г. был номинирован на звание величайшего бельгийца в соответствующем телешоу. Во фландрийской версии он занял двадцатое, а в валлонской — сорок четвёртое место. В октябре 2008 г. удостоен высшей джазовой награды США — «Джаз мастер» агентства NEA. 23 января 2009 г. выступил с Филипом Катрином на праздновании столетия со дня рождения Джанго Рейнхардта.
Тильманс, возможно, оказал значительное воздействие на «Битлз» (в частности, на Джона Леннона) во время безвестного периода становления группы. В 1959 г. Леннон, выступая в немецком Гамбурге в составе ещё никому не известных «Битлз», порой заходил в клуб (иногда с Харрисоном), в котором выступал Тутс в составе квинтета Джорджа Ширинга. Леннон был очарован игрой Тутса, а также его гитарными предпочтениями: Тутс играл на американском короткомензурном «Рикенбэкере».
Основываясь на услышанном, Леннон принял решение приобрести ольховый цвета «элдергло» «Рик 325 Капри» с тремя звукоснимателями и коротким грифом, о чём Джордж Харрисон расскажет через многие годы. Эта знаменитая гитара, произведя культ, превратилась в своего рода «Святой Грааль» всех гитар. Леннон многократно вносил в неё доработки, включая перекраску в чёрный цвет «джетгло» в сентябре 1962 г., однако это именно та гитара, на которой он в 1964 г. играл в составе «Битлз» на судьбоносных первом и третьем выступлениях в шоу Эда Салливана. Существует даже снимок, на котором Тильманс запечатлён на выставке «Рикенбэкер» с той самой гитарой, которая впоследствии будет принадлежать Леннону.
Наиболее значительные работы: