Laureato in lettere classiche, Tornielli è un giornalista e scrittore cattolico. Vaticanista del quotidiano «La Stampa» (dopo 15 anni passati a «Il Giornale») e coordinatore del sito web «Vatican Insider», collabora con varie riviste italiane e internazionali e tiene una rubrica radiofonica mensile a Radio Maria.
Fra i tanti temi affrontati, si è occupato, in particolare, della difesa dei comportamenti di Pio XII durante la Shoah e del problema del mito e della storicità di Gesù.
Numerose le sue pubblicazioni, tra cui ricordiamo Il nome di Dio è Misericordia (bestseller scritto con Papa Francesco); la prima biografia del pontefice, Francesco. Insieme (2013), il volume Papa Francesco. Questa economia uccide e Il denaro non governa. Politica, economia e ambiente nel pensiero sociale di papa Francesco (2018), A piedi nudi nella notte (2018).