Der in Magdeburg geborene Bass begann seine musikalische Ausbildung zunächst mit Kompositionsunterricht und studierte später Gesang bei Reiner Goldberg an der Hochschule für Musik "Hanns Eisler" in Berlin. Wichtige Impulse für seine weitere stimmliche Ausbildung durfte er später von Franz Crass und Kurt Moll erhalten.

 Noch während seines Studiums wirkte Tilmann Rönnebeck bei der Berliner Uraufführung der „Comedian Harmonists“ am Theater am Kurfürstendamm mit und erhielt dafür den BZ-Kulturpreis. Zahlreiche Konzerttourneen im In- und Ausland sowie diverse CD- und TV-Produktionen folgten.

Während seines ersten Engagements am Staatstheater Cottbus sang der Bassist wichtige Fachpartien und erhielt als bester Nachwuchssänger den Max-Grünebaum-Preis. Große Erfolge feierte er z.B. als Pimen („Boris Godunow“), Wotan („Das Rheingold“) und Filippo II. („Don Carlo“). Danach folgte ein Festengagement an der Komischen Oper Berlin, wo er z.B. Figaro („Die Hochzeit des Figaro“), Rocco („Fidelio“) und die Titelpartie in „Don Pasquale“ verkörperte.

Seit der Saison 2010/11 ist Tilmann Rönnebeck festes Ensemblemitglied an der Semperoper Dresden. Hier stand er u.a. als Sarastro („Die Zauberflöte“), Seneca („L’incoronazione di Poppea“), Landgraf Hermann („Tannhäuser“) und als König Arkel („Pelléas et Mélisande“) auf der Bühne sowie als Filippo II. in einer konzertanten Aufführung des „Don Carlo“ an der Seite von Anna Netrebko.  

Im Laufe seiner Karriere sang der Bass unter großen Dirigenten, so u.a. Christian Thielemann, Franz Welser-Möst, Peter Schneider und arbeitete mit namhaften Regisseuren zusammen (Peter Konwitschny, Hans Neuenfels, La Fura dels Baus, Keith Warner und Romeo Castellucci).

Seit 2018 hat Tilmann Rönnebeck einen Lehrauftrag im Hauptfach Gesang an der HfM Carl Maria von Weber inne.

Zahlreiche Gastauftritte führten ihn ins In- und Ausland. So wurde er u.a. mehrfach zu den Salzburger Festspielen eingeladen und war dort in „Salome“, „Œdipe“ und „Elektra“ zu erleben. Im November 2021 gab der Bassist den Rocco („Fidelio“) in der Eröffnungspremiere am Teatro La Fenice in Venedig unter der Leitung von Myung-whun Chung. In Zusammenarbeit mit den Dresdner Musikfestspielen wirkte er als Fafner im „Ring des Nibelungen in historisch informierter Aufführungspraxis“ unter der Leitung von Kent Nagano mit.

An der Semperoper ist Tilmann Rönnebeck aktuell u.a. als Sarastro („Die Zauberflöte“), Il Commendatore („Don Giovanni“) und Il Conte di Monterone („Rigoletto“) zu erleben.