Andrea Tilche oppnådde sin doktorgrad i landbruksvitenskap ved Universitetet i Milano i 1978. Hans vitenskapelige karriere ble hovedsakelig utført i Italia hvor han satte opp og ledet avløpsrensningslaboratoriene til ENEA i Bologna. I 1998 flyttet han til Det europeiske kommisjonens felles forskningssenter som sjef for enheten for vannforskning, og senere til Brussel, hvor han hadde forskjellige ansvarsstillinger i Generaldirektoratet for forskning og innovasjon. Fra 2010 til november 2018, da han trakk seg fra EU-kommisjonen, hadde han ansvaret for EUs forskningsprogram for klimaendringer og ledet EU-delegasjonen ved Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Siden november 2018 er han seniorrådgiver og adjunktprofessor ved UiT, Arktiske universitetet i Norge i Tromsø, og siden april 2019 også adjunktprofessor ved NTNU i Trondheim.