Carriera Tielemans è nato a Veldhoven ed ha iniziato a giocare a calcio nel club locale del RKVVO nel 2008. Nel 2010 si e unito all'accademia del , progredendo attraverso le squadre giovanili fino a raggiungere le riserve, il , nel 2020. Il 20 giugno 2020 ha firmato il suo primo contratto professionistico con il PSV della durata di un anno.
Ha fatto il suo debutto professionistico con il Jong PSV il 6 novembre 2020, giocando interamente la partita contro il in Eerste Divisie vinta 2-1, in cui ha fornito un assist a Fodé Fofana. Il Jong PSV era privo di 18 giocatori, dodici dei quali a causa di un'infezione da COVID-10. Come risultato hanno schierato un buon numero di giovani giocatori, incluso Tielemans. Il 24 novembre ha segnato il suo primo gol professionistico in un pareggio per 1-1 contro il in campionato, segnando di testa dopo la respinta del portiere sul tiro di Joël Piroe.
Dopo i primi passi di Tielemans nel Jong PSV, il suo contratto con il club è stato prolundato il 23 marzo 2021; ha firmato un contratto di due anni fino al 2023.
Nella stagione 2022-23 di Eerste Divisie è diventato un giocatore chiave per il PSV diventandone capitano. Il 24 ottobre 2022 ha segnato la sua prima doppietta in una convicente vittoria contro l'.
Il 19 giugno 2023 ha firmato un contratto di tre anni con il .
Statistiche Presenze e reti nei club Statistiche aggiornate al 19 settembre 2023.
StagioneSquadraCampionatoCoppe nazionaliCoppe continentaliAltre coppeTotaleCompPresRetiCompPresRetiCompPresRetiCompPresRetiPresReti 2020-2021 1D 15 1 - - - - - - 15 1 2021-2022 1D 25 2 - - - - - - 25 2 2022-2023 1D 37 5 - - - - - - 37 5 2023-2024 ED 4 1 CO 0 0 - - - - 4 1Totale carriera 81 9 0 0 - - - - 81 9
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