Jeune étudiant en sciences physiques, Tjalling Koopmans décide de s'orienter vers l'économie lorsqu'il observe les effets de la grande dépression de 1929 sur l'économie de son pays d'origine, les Pays-Bas. Il intègre en 1933 le département de mathématiques appliquées à l'économie de l'Université d'Amsterdam, alors dirigé par Jan Tinbergen. Il devient l'un des plus proches collaborateurs de celui qui le précèdera de six ans sur la liste des lauréats du Prix Nobel ; il lui succède d'ailleurs à l'Ecole d'économie de Rotterdam, puis au siège de la Société des Nations à Genève, en tant que conseiller économique.
Lorsque les Pays-Bas sont envahis par l'Allemagne nazie, Tjalling Koopmans trouve refuge aux Etats-Unis, dont il deviendra citoyen en 1946. C'est là-bas qu'il publie ses travaux les plus marquants, d'abord au sein du Combined Shipping Adjustment Board, puis à l'Université de Chicago, au sein de la Cowles Commission for Research in Economics, et enfin, à partir de 1955, à l'Université de Yale, où il côtoie notamment James Tobin.
C'est pendant la Seconde guerre mondiale, au sein du Combined Shipping Adjustment Board, que Koopmans commencera à se faire remarquer, en réussissant à résoudre un problème complexe de réorganisation du transport maritime en temps de guerre, par une technique dite "d'analyse d'activité" (activity analysis). Il développe ainsi la programmation linéaire, parallèlement à Kantorovich en Union Soviétique, tout en ignorant les travaux de ce dernier.
Comme Kantorovich, Koopmans s'est par la suite beaucoup investi dans la recherche d'allocation optimale des ressources au niveau macroéconomique. Il a notamment élaboré une théorie d'analyse de l'activité à partir d'un choix sous contraintes, ce qui permet de clarifier le lien entre production efficace et système de prix. Cette approche est nouvelle, en ce que la relation inputs/outputs était traditionnellement vue sous l'angle d'une fonction de production, et sert de base à la décision d'investissement. Elle complète ainsi le modèle d'équilibre général d'Arrow-Debreu.
Dans les années 1960, Koopmans s'intéressa également, à la demande de l'Académie nationale des sciences des Etats-Unis, aux techniques d'optimisation de l'offre de matières énergétiques.
(1971), On the description and comparison of economic systems (avec J. Michael Montias), A. Eckstein, Berkeley, Univ. of California Press, p. 27-78
(1970), Scientific papers of Tjalling C. Koopmans
(1957), Three essays on the state of economic science, traduction française chez Dunod
(1949), Optimum utilization of the transportation system, Proceedings of the International statistical conferences, vol. 5 (1947), 136-45, reproduit dans Supplement to Econometrica 17, juillet, 136-46
(1970), Exchange ratios between cargoes on various routes (non-refrigerating dry cargoes), memorandum pour le Combined Shipping Adjustment Board, Washington, DC, 1942, reproduit dans Scientific papers, Springer Verlag, , p. 77-86