In 1926 ging de toen 23-jarige Tinbergen bij het CBS werken om er een deel van zijn vervangende dienstplicht te doen. Hij kwam te werken bij het Bureau Conjunctuuronderzoek, waar hij al snel de leiding overnam van M.J. de Bosch Kemper die aanvankelijk aan het hoofd stond. Onder leiding van Tinbergen stelde het conjunctuurbureau 100 indicatoren samen die de economische ontwikkelingen beschreven op het gebied van de geldmarkt, het bankwezen, handel en verkeer, prijzen in de groot- en detailhandel, lonen en arbeidsmarkt. De indicatoren werden in onderling verband gepresenteerd in de vorm van conjunctuurlijnen.
Bouwstenen
Tinbergen was ook verantwoordelijk voor een aantal studies waarin hij expliciete verbanden tussen de indicatorreeksen aantoonde die hij vervolgens in een formule zette en in een wiskundig model vatte. Die analysemodellen waren de bouwstenen voor wat in 1948 de Nationale Rekeningen bij het CBS zouden worden. Dat was een samenhangend en geïntegreerd stelsel van economische relaties dat wereldwijd de standaard is geworden voor statistische bureaus om te rapporteren over de economie. Tinbergen zou tot 1945 werkzaam bij het CBS blijven.
Wederopbouw Nederland
Na de Tweede Wereldoorlog werd Tinbergen de eerste directeur van het Centraal Planbureau (CPB). Als oprichter van het CPB heeft Tinbergen zijn stempel gedrukt op de politiek in ons land, waar de modellen van het CPB de marges gingen bepalen van het beleid. Tinbergen werd de architect van een nieuw bestuursmodel, waarin de ordening van de economie volgens hem vooral een zaak moest worden van wetenschappers en niet van de politiek. De belangrijkste problemen in de eerste periode na de oorlog waren voor hem de wederopbouw van Nederland en de effectiviteit van de economische politiek. Tot 1955 bleef Tinbergen directeur van het CPB.
Ontwikkelingslanden
Tinbergen speelde niet alleen een belangrijke rol bij het CBS en het CPB. Hij doceerde ook statistiek. Eerst in 1931 aan de gemeentelijke universiteit van Amsterdam. In 1933 werd hij buitengewoon hoogleraar Statistiek aan de toenmalige Nederlandsche Handels Hoogeschool. Tussen 1945en 1950 was het zijn nieuwe opdracht in Rotterdam om statistiek, wiskundige economie en econometrie te doceren. In 1957 werd hij gewoon hoogleraar in Rotterdam met als leeropdracht wiskundige economie en ontwikkelingsprogrammering. De problematiek van de ontwikkelingslanden had toen al zijn grote interesse. Volgens Tinbergen had de westerse wereld een morele plicht om de armere landen te helpen. Hij richtte diverse instituten op en was vele jaren topadviseur van de Verenigde Naties (VN) voor ontwikkelingsplanning. Zijn werk heeft ook grote invloed gehad op organisaties als het IMF, de Wereldbank en de OESO. Steeds probeerde hij met zijn modellen de economie te sturen en de toekomst beheersbaar te maken.
Milieu en duurzaamheid
Vanaf de jaren zeventig verdiepte de econoom zich in de thema’s milieu en duurzaamheid. Op advies van Tinbergen stelde het CBS in 1969Roefie Hueting aan als hoofd van de nieuwe afdeling milieustatistieken om het cijfer van het nationaal inkomen bij te stellen voor milieuschade. Ook na zijn emeritaat in 1973 bleef Tinbergen actief op het gebied van academisch onderzoek aan de universiteit en was hij betrokken bij maatschappelijke debatten. Zijn hele leven bleef hij van mening dat economisch beleid moest worden ingezet om sociale doelen te realiseren en hield hij zich bezig met de bijdragen van stabiele economische verhoudingen aan de wereldvrede.