À la suite d'études de physique à l'université de Leyde, il développe le premier modèle macroéconomique au sein du Bureau central de statistiques des Pays-Bas, qu'il applique en premier aux Pays-Bas puis à la Société des Nations (1936-1938), aux États-Unis et à la Grande-Bretagne au lendemain de la Seconde Guerre mondiale.
Témoin de la crise économique de 1929, son travail consiste à trouver des solutions pour éviter de telles catastrophes futures.
En 1945, il prend la direction du Bureau central de planification à La Haye et devient progressivement un théoricien de l'État providence en préconisant son intervention grâce à une politique économique puissante au service du bien-être social et individuel.
Sa « règle de Tinbergen » (ou règle de cohérence de Tinbergen) démontre que pour toute politique économique ayant des objectifs fixés, le nombre d'instruments est égal au nombre d'objectifs visés. Cette règle, énoncée dans On the Theory of Economic Policy (1952), constitue, avec la règle d'efficience de Mundell (ou règle de Mundell), les deux principes directeurs de la conduite de politiques économiques.
(en) Curriculum vitae sur le site de la fondation Nobel (le bandeau sur la page comprend plusieurs liens relatifs à la remise du prix, dont un document rédigé par la personne lauréate — le Prize Lecture — qui détaille ses apports)