Tønseth a participat la curse de juniori până în 2011. La Festivalul Olimpic de Iarnă al Tineretului European din 2009 din Szczyrk a câștigat argint peste 7,5 km clasic și bronz peste 10 km liber. La Campionatele Mondiale de juniori din Hinterzarten 2010 , a câștigat aurul cu ștafeta. A avut prima sa cursă la Cupa Mondială în ianuarie 2012 la Otepää . A terminat pe locul 17 în cursa clasică de 15 km și a obținut, de asemenea, primele puncte ale Cupei Mondiale. A concurat la unele curse ale Cupei Scandinave , pe care a terminat pe locul patru în clasamentul general în sezonul 2011/12 . În ianuarie 2013, a obținut primul său rezultat în top zece la La Clusaz, cu locul patru. O zi mai târziu a câștigat ștafeta. La Campionatele Norvegiene de la Gåsbu din 2013 , a câștigat argint la schiatlon și aur, ca și în anul precedent cu ștafeta. Cu locul al treilea peste 15 km clasici, a ajuns pe podium pentru prima dată la individual în decembrie 2013. A terminat Turul de schi 2013/2014 pe locul nouă. La Jocurile Olimpice de iarnă de la Sochi din 2014 , el era în echipa norvegiană, dar nu a participat la nicio cursă. A terminat sezonul 2013/14 pe locul 29 la general. La începutul sezonului 2014/15 a ajuns pe locul cinci la deschiderea nordică din Lillehammer . A rulat cel mai bun moment al zilei pe ultima etapă. A urmat un al doilea loc la Davos, în spatele lui Martin Johnsrud Sundby, peste 15 km clasici. În iulie 2016, Sundby a primit această victorie din cauza dopajului, iar Tønseth a câștigat ulterior prima sa victorie individuală la Cupa Mondială. La Campionatele Mondiale Nordice de Schi 2015 din Falun , a ocupat locul al optulea peste 50 km clasic și locul al patrulea la skiathlon. A câștigat aurul cu sezonul. La Campionatele Norvegiene de la Røros și Harstad, în 2015 , a câștigat bronz la skiathlon și argint pe 10 km și 50 km clasic. A terminat sezonul pe locul 21 în Cupa Mondială generală și pe locul 17 în Cupa Mondială la Distanță. După locul șase la deschiderea nordică din Ruka la începutul sezonului 2015/16, a ocupat locul trei cu ștafeta de la Lillehammer. A terminat Turul de schi 2016 pe locul șapte. A fost al treilea în cursa de masă de 30 km de la Lenzerheide . În februarie 2016 a intrat în top zece de trei ori, incluzând două locuri pe locul patru la Cupa Mondială. La sfârșitul sezonului a început Ski Tour Canada , pe care l-a încheiat prematur, și a obținut locul nouă în Cupa Mondială generală și locul șase în Cupa Mondială la Distanță. În sezonul 2016/17 a câștigat ștafeta în La Clusaz și a terminat pe locul 12 în Turul de schi 2016/17 . A obținut locul al treilea în cursa de 10 km în masă de la Val Müstair . În ianuarie 2017 a devenit campion norvegian la 15 km clasic și al treilea la skiathlon la Lygna . La Campionatele Mondiale Nordice de Schi 2017 din Lahti , a câștigat medalia de aur cu ștafeta. În plus, a ajuns pe locul șase la skiathlon și pe locul cinci pe 15 km clasic. La sfârșitul sezonului, a terminat al zecelea în finala Cupei Mondiale de la Québec și a ajuns pe locul 18 în Cupa Mondială generală și pe locul 12 în Cupa Mondială la Distanță. La sfârșitul lunii martie 2017 a devenit campion norvegian la sprintul pe echipe împreună cu Johannes Høsflot Klæbo în Gålå . De asemenea, a ocupat locul trei pe 10 km liber.
La începutul sezonului 2017/18, Tønseth a terminat pe locul șapte în Ruka Triple . A fost al doilea clasic peste 15 km. În cursul următor al sezonului a obținut locul 17 în Turul de schi 2017/18 și locul 16 în finala Cupei Mondiale din Falun , ajungând pe locul 16 în Cupa Mondială generală și pe locul 12 în Cupa Mondială la Distanță. La punctul culminant sezon, Jocurile Olimpice de iarnă 2018 în Pyeongchang , a câștigat medalia de aur cu releul. La începutul sezonului următor a terminat al doilea în Lillehammer peste 15 km liber și a câștigat clasamentul general la Lillehammer Triple. La următoarea Cupă Mondială de la Beitostølen , a câștigat locul trei cu ștafeta. La Turul de schi 2018/19 a ajuns pe locul 11 cu două top zece plasamente. În ianuarie 2019 a alergat la Otepää pe locul trei pe 15 km clasic și la Ulricehamn pe locul trei cu ștafetă și peste 15 km liber. La Campionatele Mondiale Nordice de Schi 2019 de la Seefeld din Tirol , el a obținut locul cinci pe clasic de 15 km. La sfârșitul sezonului, a terminat al treilea în Falun la 15 km liber și a obținut locul al doilea în cursa de masă de 15 km, locul opt la finala Cupei Mondiale din Québec. A terminat sezonul pe locul cinci, atât la Cupa Mondială generală, cât și la Cupa Mondială la Distanță. La Campionatele Norvegiene de la Lygna, la sfârșitul lunii martie 2019 , a fost al treilea peste 10 km liber și al doilea peste 50 km clasic și împreună cu Fredrik Riseth în sprintul echipei. În sezonul 2019/20 a participat la 11 Cupe Mondiale, de șase ori în primele zece, inclusiv locul șapte la Ruka Triple și astfel a obținut locul 31 în Cupa Mondială generală.
Atletism - sport de alergare
Tønseth este, de asemenea, un bun alergător care ia parte la competiții de alergare din nou și din nou - și nu numai în scopuri de antrenament - și a reușit să obțină rezultate foarte bune acolo, în unele cazuri. A început la Campionatele Europene de alergare pe munte din 2009 și a terminat pe locul 6 la juniori.
În 2018, Tønseth a devenit campion norvegian la cross country. Datorită performanței sale puternice, a fost nominalizat la Campionatul European de Cross Country din 2019 . Campionatul european de fond a avut loc la Lisabona în decembrie 2019 și astfel în timpul sezonului cupei mondiale de schi fond 2019/20. Pentru a participa la Campionatul European, Tønseth a trebuit să renunțe la competițiile Cupei Mondiale de la Lillehammer, ceea ce a dus la discuții în Asociația Norvegiană de Schi. În cele din urmă, a primit permisiunea de la antrenorul național de fond. La EM a terminat pe locul 25.
La Campionatul Norvegian de Cross Country din 2019, a terminat al doilea în spatele lui Henrik Ingebrigtsen .