Od 14 maja 2018 do 24 grudnia 2020 był trenerem francuskiego Paris Saint Germain.
25 stycznia 2021 został trenerem londyńskiej Chelsea, zastępując na tym stanowisku Franka Lamparda. 4 miesiące później, 29 maja 2021 wygrał z The Blues Ligę Mistrzów, pokonując w finale Manchester City 1:0. Niemiec dołożył do tego wygrane w Superpucharze UEFA (6:5 w karnych z Villareal 11 sierpnia 2021) oraz triumf w Klubowych Mistrzostwach Świata (12 lutego 2022 z Palmeiras 2:1).
7 września 2022 po słabym początku sezonu Tuchel został zwolniony z funkcji trenera Chelsea.
24 marca 2023 został ogłoszony trenerem najbardziej utytułowanego niemieckiego klubu – Bayernu Monachium. Kontrakt miał obowiązywać do 30 czerwca 2025, jednak ten został rozwiązany wraz z końcem sezonu 2023/24 na prośbę trenera.
16 października 2024 roku angielska federacja ogłosiła, że Niemiec zostanie nowym selekcjonerem tamtejszej reprezentacji z dniem 1 stycznia 2025 roku, zmieniając na tym stanowisku tymczasowego selekcjonera Lee Carsleya.