Louis van Tilborgh doet bij het Van Gogh Museum onderzoek naar het leven en het werk van Van Gogh. In zijn functie als hoogleraar wil hij in het academische onderwijs en onderzoek optimaal gebruik maken van zijn museale achtergrond en daar thans lopende onderzoeksprojecten. Van Tilborgh is opgeleid als iconoloog, maar heeft zich in het museum verdiept in het creatieve proces in de breedste betekenis van het woord. Hij heeft oog voor het kunstwerk als een fysiek object, maar wil vragen over het métier nadrukkelijk koppelen aan een kunst- en cultuurhistorische context. Juist omdat Van Goghs oeuvre zo veelzijdig en complex is, zijn er veel mogelijkheden tot samenwerking met andere disciplines – zowel binnen de geesteswetenschappen als daarbuiten.

Van Tilborgh houdt zich in het Van Gogh Museum bezig met authenticiteitskwesties en is betrokken bij verschillende lopende projecten. Zo werkt hij met andere wetenschappers aan de laatste Van Gogh-bestandscatalogus van het museum, waarbij veel aandacht is voor het vraagstuk van de verkleuring van Van Goghs oeuvre. Hij buigt zich ook over de vraag of schilderijen kunnen worden geordend aan de hand van de gebruikte doeksoort. Verder verdiept Van Tilborgh zich ten behoeve van een tentoonstelling in de invloed van de Japanse kunst op Van Goghs werk en probeert tevens na te gaan wat de religieuze achtergrond van de kunstenaar en de protestantse arbeidsethiek voor zijn artistieke praktijk betekende.

Van Tilborgh is sinds 1986 verbonden aan het Van Gogh Museum in Amsterdam. Hij was achtereenvolgens wetenschappelijk medewerker bij de afdeling Tentoonstellingen, hoofd Bibliotheek en Documentatie, hoofd Collecties en conservator Schilderijen. Sinds 2006 is hij senior-onderzoeker bij hetzelfde museum. Hij heeft vele publicaties over Van Gogh op zijn naam staan, waaronder diverse artikelen voor The Burlington Magazine, en is redacteur van Simiolus: Netherlands Quarterly of the History of Art en van Van Gogh Studies.