Tschöp studierte von 1987 bis 1994 Medizin an der Ludwig-Maximilians-Universität, wo er 1998 mit der Arbeit Etablierung und Anwendung einer nicht-isotopischen Methode für die Messung von Testosteron im Speichel zum Dr. med. promovierte und von 1995 bis 1999 als Assistenzarzt am Klinikum der Universität München und wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Neuroendokrinologie tätig war. Als Postdoktorand arbeitete er in der Forschungsabteilung von Eli Lilly and Company. 2002 erhielt er eine eigene Forschungsgruppe am Deutschen Institut für Ernährungsforschung in Potsdam, bevor er 2003 eine Professur an der University of Cincinnati annahm. Hier war er zuletzt Direktor des Diabetes and Obesity Centers of Excellence sowie Inhaber des Arthur-Russel-Morgan Endowed Chair für Innere Medizin. Einem gemeinsamen Ruf des Helmholtz Zentrums München und der Technischen Universität München auf eine Alexander-von-Humboldt-Professur folgend, kehrte Tschöp 2011 nach Deutschland zurück. Von 2011 bis 2018 war er wissenschaftlicher Direktor des Helmholtz-Diabetes-Zentrums sowie Direktor des Instituts für Diabetes und Adipositas am Helmholtz Zentrum München. 2014 gründete er die FachzeitschriftMolecular Metabolism (2017/2018 Impact Factor: 6.3), die er auch bis 2018 als Chefredakteur leitete. Seit 2020 gehört Tschöp zum Advisory Board der renommierten Fachzeitschrift Cell.
Tschöp entschlüsselte entscheidende Signalwege der Kommunikation zwischen Darm und Gehirn inklusive des HungersignalsGhrelin. Weiterhin zeigte er die Beteiligung von Gliazellen bei der Funktion des Gehirns in der Hunger- und Stoffwechselkontrolle. Über kombinierte Ansätze der Physiologie, Humanbiologie und Pharmakologie entdeckte er gemeinsam mit dem Chemiker Richard DiMarchi eine Reihe von vielversprechenden neuen Wirkstoff-Kandidaten zur Behandlung von Adipositas und Diabetes mellitus Typ 2, von denen sich einige in klinischen Studien befinden (Stand 2017). So gelten die von Tschöp und DiMarchi entwickelten Triple-Hormonmoleküle GLP-1, GIP und Glucagon als besonders erfolgversprechend.[3]
Er war 2023 der erste Deutsche, der mit der Banting-Medaille ausgezeichnet wurde, die für bedeutende, langfristige Beiträge zum Verständnis, zur Behandlung oder zur Prävention von Diabetes verliehen wird.[4]