Pisa Üniversitesi (İtalya) tıp fakültesinden mezun olduktan sonra aynı üniversitede psikiyatri uzmanlığını ve nörobilim doktorasını tamamladı. 1990-2000 yılları arasında Nörobilimler Enstitüsünde çalışmalarını sürdürdü. Halihazırda Wisconsin-Madison Üniversitesi’nde psikiyatri profesörü ve Wisconsin Uyku ve Bilinç Enstitüsü yöneticisi olarak görev yapan Tononi, ayrıca aynı üniversitedeki Uyku Tıbbı David P. White Kürsüsü ile Bilinç Bilimi Seçkin Profesörü Kürsüsüne sahiptir. Uyku üzerine yaptığı çalışmalar nedeniyle 2005 yılında aldığı NIH Direktörlüğü Öncü Ödülü de dahil olmak üzere birçok onursal ödülü bulunmaktadır. Çalışmalarında ağırlıklı olarak bilinç ve bilinç bozuklukları ile uykunun işlevi ve mekanizmalarını anlamaya odaklanan Tononi’in başlıca eserleri şunlardır:
Selectionism and the Brain (1994); The Neurology of Consciousness: Cognitive Neuroscience and Neuropathology (ed.) (2009); PHI: A Voyage from the Brain to the Soul (2012); Sizing up Consciousness: Towards an Objective Measure of the Capacity for Experience (ed.) (2018).
