Roar Tønseth hadde en usedvanlig lang arkitektkarriere, som strakte seg fra før 1920 til begynnelsen av 1980-årene. Arbeidene hans vitner om et svært bredt virkefelt, hvor mye av inspirasjonen var hentet fra middelalderens arkitektur, men spesielt fra trøndersk byggeskikk på 1700- og 1800-tallet. Ved siden av egen praksis var han tilknyttet flere større trønderske industribedrifter og tegnet for dem både industribygg og arbeiderboliger. Han restaurerte flere kirker og gårdsanlegg i både mellom- og etterkrigstiden.
Tønseth vokste opp og levde store deler av sitt liv i Trondheim. Faren døde da sønnen var ett år gammel, og moren giftet seg med overrettssaksfører Henrik Løcke. Etter examen artium 1913 begynte Tønseth som murerlærling hos morbroren, domkirkearkitekt Nils Ryjord. Studiekarrieren startet 1914 ved arkitektlinjen på Norges tekniske høgskole (NTH), hvor han tok eksamen 1919. Etter dette fulgte flere år som assistent hos noen av Trondheims mest anerkjente arkitekter – 1919–21 hos professor Olaf Nordhagen og arkitekt Morten Anker Bachke, 1921–23 hos arkitekt Claus Hjelte, før han 1923 startet egen praksis i Trondheim.
Allerede fra starten av hadde Tønseth en høy produksjon. Både Røde Kors klinikk fra 1923–27 og funksjonærboligene i Kopperå fra 1931 var sterkt inspirert av den trønderske arkitekturen fra tiden 1750–1800. Under Trøndelagsutstillingen 1930 fikk Tønseth en sentral rolle. Med sitt utkast “Lystleir” vant han konkurransen om anlegget på Nidarø. Her var det strenge, klassisistiske elementer som dominerte.
Bredden var stor i Tønseths praksis, og han tegnet bl.a. flere kirker. Den første var Døvekirken i Trondheim, med klare forbilder fra middelalderens trønderske kirker. Hovedverket er Ranheim kirke. Også her kommer inspirasjonen fra middelalderen tydelig frem, spesielt eksteriørmessig; innvendig er kirken preget av 1920-årenes klassisisme.
Tønseth var trolig den første funksjonalistiske arkitekten i Trondheim. Bensinstasjonen til A/S Anco ved Bakke bro i Trondheim og villaen i Elvegata 7 var begge tegnet i denne stilarten og stod ferdige 1929. Forsikringsgården i Søndre gate 14 fra 1936 er imidlertid hans viktigste verk. Den høyreiste bygningen i seks etasjer ble oppført i jernbetong. Fasaden ble dekket av aluminium og den grønne bergarten gabbro. 1937–39 tegnet Tønseth Funna kraftstasjon i Meråker, et annet av hans mange funksjonalistiske bygg. Han forlot likevel ikke klassisismen og den lokale, mer tradisjonelle arkitekturen. Steinkjer Meieri og de mange skolene han tegnet vitner om dette.
Ved siden av arkitektgjerningen var Tønseth engasjert på flere felt. Han var svært opptatt av naturen og kombinerte disse to interessene. Selv gav han uttrykk for at menneskene ikke skulle bo i byer. Den første turisthytten tegnet han i 1920-årene, og etter den annen verdenskrig utførte han flere slike arbeider. Det sterke engasjementet for fjell- og turistliv kom også til uttrykk gjennom hans lange virke i Trondheim Turistforening, hvor han ble æresmedlem 1947.
Også i arkitektprofesjonen ble han engasjert tidlig. 1920–21 var han sekretær og kasserer i Trondhjems Arkitektforening og formann 1931–33. Han hadde sentrale verv også i Trondhjems Kunstforening (formann 1945–47) og Nordenfjeldske Kunstindustrimuseum.
Som arkitekt fulgte Roar Tønseth stilutviklingen fra mellomkrigstidens klassisisme til 1930-årenes funksjonalisme, men verkene fra 1940-årene viser at han beholdt sin sterke tilknytning til lokal, tradisjonell arkitektur. Slik sett var han en sentral representant for sin generasjon av trønderske arkitekter.