Tielemans begyndte sin karriere hos RSC Anderlecht. Han gjorde sin førsteholdsdebut den 28. juli 2013 i en alder af 16 år, og blev hermed den fjerdeyngste spiller nogensinde til at spille i den belgiske liga.[1] Da han gjorde sin Champions League debut den 2. oktober 2013, blev han den yngste belgiske spiller i tuneringen nogensinde.[2]
Han etablerede sig over de næste sæsoner som en fast mand på Anderlechts hold, og var med til at vinde det belgiske mesterskab to gange i løbet af sin tid i klubben. Han blev i 2016-17 sæsonen kåret som årets spiller i den belgiske liga.[3]
Monaco
I sommeren 2017 blev Tielemans solgt til AS Monaco i FrankrigsLigue 1 for en pris på 25 millioner euro. Hans skifte til klubben var dog ikke en succes, og han blev i sin debutssæson kåret af France Football som en af ligaens største transferflop.[4]
Leicester City
Tielemans skiftede i januar 2019 til Leicester City på en lejeaftale. Efter en succesfuld lejeaftale, så skiftede han til klubben på en fast aftale i juli 2019. Med en pris på 40 millioner pund blev han den dyreste transfer i klubbens historie.[5]
Tielemans scorede den 15. maj 2021 det ene mål i FA Cup-finalen imod Chelsea, og blev kåret som Man of the Match, da Leicester vandt pokaltuneringen for første gang i klubbens historie.[6]
Aston Villa
Den blev i juni 2023 annonceret, at Tielemans ville skifte til Aston Villa når hans kontrakt udløb med Leicester den 1. juli 2023.[7]
Landsholdskarriere
Ungdomslandshold
Tielemans har repræsenteret Belgien på flere ungdomsniveauer.[8]
Seniorlandshold
Tielemans debuterede for det belgiske landshold den 9. november 2016. Han var del af Belgiens trupper til VM 2018, EM 2020 og VM 2022.[8]