Tønnesen har regiutdannelse fra Kunsthøgskolen i Oslo, og debuterte som teaterregissør på Trøndelag Teater i 2001. Debutoppsetningen var Bertholt Brechts . Hun har arbeidet ved de fleste teatre i Norge, deriblant en rekke ganger ved Nationaltheatret i Oslo. I 2004 regisserte hun teaterversjonen av Carl Frode Tillers roman , som Tiller selv hadde dramatisert, og som hadde urpremiere på Det norske teatret. I 2005 ble hun nominert til Heddaprisen for regien på .