Tyldum arbeidet i NRK Drama og var med på å starte ungdomsserien i 1991. Han regisserte også kortfilmer, novellefilmer og reklamefilmer. I 1999 ble Tyldum kåret til Årets filmtalent i . Han hadde sin spillefilmdebut med dramakomedien (2003), med Nicolai Cleve Broch, Aksel Hennie, Anders Baasmo Christiansen, Pia Tjelta, Janne Formoe og Edward Schultheiss i hovedrollene. Filmen vant prisen for beste norske kinofilm under Amandaprisen 2004. Tyldum regisserte deretter kriminalfilmen (2008), med Trond Espen Seim, Bjørn Floberg og Pia Tjelta i hovedrollene. Filmen er basert på Gunnar Staalesens roman og er den fjerde i filmserien om privatdetektiven Varg Veum.