Jan Jakob Tønseth markerte seg tydelig allerede med sine første diktsamlinger, som med sin tilknytning til den franske symbolisme og surrealisme skilte seg kraftig ut fra tidens politiske lyrikk. Som lyriker hadde han en egen og markant profil. I de seneste årene gjorde han seg fremfor alt bemerket som prosaforfatter.
Etter avlagt examen artium studerte Tønseth språk og litteratur ved Universitetet i Oslo og ble cand.philol. med fransk hovedfag 1978. Han debuterte 1971 med Kimærer, der han knyttet an til Baudelaire og Gérard de Nerval og tidligere norske symbolister som Olaf Bull, Emil Boyson og Claes Gill. Diktene i både denne og senere samlinger var skrevet på sobert riksmål. Jakten på ord som korresponderer med den ytre verden var et hovedtema i debutboken og i den etterfølgende I denne tid. Med Synlige dikt trådte Tønseth frem som en følsom kjærlighetslyriker med lengsel etter nærvær og angst for kjærlighetens død som viktige temaer. Samlingen inneholdt dessuten flere prosadikt enn de to foregående.
Alle de tre første samlingene inneholdt spredte dikt i sonetteform, men først i Referanser (fjerne og nære) fremsto Tønseth for alvor som en habil dyrker av sonetten. Boken ble innledet med gjendiktninger av fire Nerval-sonetter. Et hovedtema i de andre diktene var det moderne menneskets behov for myter og religion.
I 1980-årene holdt Tønseth seg primært til prosa og gjendiktninger. Sammen med Arne Kjell Haugen utgav han gjendiktninger av Rimbaud, Mallarmé, Apollinaire og Michaux. Drømmer og løgner var en samling prosatekster og På krigsfot med virkeligheten en essaysamling der Tønseth ga en introduksjon til den litterære og filosofiske tradisjonen som hans lyriske diktning inngikk i, med særlig vekt på surrealismen. Hans senere samlinger, Lengsel og lede og Motgift, knyttet an til hans tidligere samlinger. Den første rommet bl.a. dikt tilegnet Olaf Bull og Michaux.
Med den kritikerroste Hilmar Iversens ensomhet debuterte Tønseth som romanforfatter 1992. Der ga han et innlevd og mangesidig portrett av en outsidertype som både er en ihuga kommunist og en ivrig bibelleser. Boken handlet om Iversens oppvekst i Vågan, hans studieår i Oslo og hans deltakelse i den spanske borgerkrigen. I oppfølgeren Et vennskap var vi nådd frem til 1950-årene og møtte Iversen som sekretær i NKP. Romanen ga både sikre innblikk i Kommunistpartiets indre liv og gode tidsbilder fra den kalde krigens tid, med forfølgelse av kommunister og utrenskninger i partiet selv. I trilogiens avsluttende bind, Resignasjon og portvin, har Iversen trukket seg helt tilbake fra det politiske liv. Både som samfunnsskildring og som psykologisk romankunst skiller den velskrevne trilogien om Iversen seg ut.
Tønseth var litteraturanmelder i Morgenbladet 1977–85 og i Dagbladet 1986–2001. 1999 ble han medlem av Det norske Akademi for sprog og litteratur. 1991 mottok han Det norske Akademis pris til minne om Thorleif Dahl og 2003 Cappelen-prisen.