Setelah mendapatkan gelar Teknik Sipilnya dengan spesialiasi transportasi dan manajemen lalu lintas di Fachhochschulen Aachen, Tilke mendirikan Tilke Engineering di tahun 1984, menggabungkan keahlian di arsitektur, teknik sipil dan teknik elektronik untuk menyediakan solusi untuk balapan bermotor.[2]
Tilke adalah salah satu dari empat desainer yang diakui oleh FIA, tetapi, dengan pengecualian desain ulang Silverstone pada tahun 2010, menjadi satu-satunya desainer yang ditugaskan untuk mendesain trek Formula Satu.[1] Salah satu tugas kecil pertamanya adalah merancang dan membangun jalan akses pendek di Nürburgring,[1] yang diperoleh karena kontak yang dilakukan oleh upaya balapnya di sana. Pekerjaan besar pertamanya adalah transformasi cepat Österreichring untuk menjadi A1-Ring yang lebih pendek di Austria, pada dasawarsa 1990-an.[1]
Tilke terlibat dalam perombakan radikal di sirkuit Eropa, seperti Hockenheimring, Circuit de Catalunya, dan Nürburgring, serta Fuji Speedway di Jepang.[1]
Tilke mendapatkan kontrak untuk merancang banyak sirkuit dunia yang baru dari awal, terutama di benua Asia, tetapi juga di kawasan Eropa Timur. Dia merancang Sirkuit Internasional Sepang, Sirkuit Internasional Bahrain, Sirkuit Internasional Shanghai, Sirkuit Balap Istanbul Park, Sirkuit Jalan Raya Valencia, Sirkuit Jalan Raya Marina Bay, Sirkuit Yas Marina, Sirkuit Internasional Korea, dan Sirkuit Internasional Buddh.[1] Tilke juga merancang Sirkuit Amerika yang baru di Austin, Texas, tempat di mana F1 kembali lagi ke negara Amerika Serikat pada tahun 2012. Desain terbaru Tilke termasuk Sochi Autodrom, yang menjadi tuan rumah balapan pertamanya pada tahun 2014 dengan debut Rusia di dalam ajang F1, Kuwait Motor Town (Kuwait), yang dibuka secara resmi pada tahun 2019, dan Sirkuit Jalan Raya Hanoi, yang ditetapkan untuk balapan perdana pada bulan April 2020, tetapi kemudian dibatalkan karena COVID-19.
Tilke telah merancang setiap lintasan dengan beberapa insinyur lain dari Tilke Engineering, serta mantan pemegang hak komersial F1, yaitu Bernie Ecclestone. Setelah melihat lokasi lintasan dan "setelah faktor-faktor seperti topografi, arah angin, infrastruktur, dan kualitas tanah diketahui", pekerjaan desain dapat dimulai.[1] Tilke berfokus pada "membentuk arsitektur dramatis yang mencerminkan negara tuan rumah, seperti tribun daun teratai Sepang di Malaysia", selain juga bertujuan untuk kenyamanan penonton dan pandangan yang jelas.[1] Dia "membangun [s] sudut yang menjanjikan balapan yang cepat dan menarik, tetapi menghindari memisahkan lapangan".[1]
