Formé et révélé à Rennes, c’est en 2013, à seulement 19 ans, qu’il signe son premier contrat professionnel avec le club breton. En 2013/2014, l’AS Monaco recrute le milieu défensif. Il multiplie les grosses performances à l’image de son but face à Manchester City en huitième de finale retour de Ligue des Champions en 2016/2017. Tiemoué sera champion à l’issue de cet exercice, finaliste de la Coupe de la Ligue et demi-finaliste en Ligue des Champions. Il quitte ensuite le Rocher pour Chelsea à l’été 2017 puis il est prêté la saison suivante un an à l’AC Milan. Le 31 août 2019, Tiemoué Bakayoko est prêté une saison avec option d’achat à l’AS Monaco.