Christoph Tholen begann seine berufliche Laufbahn in der chemischen Industrie mit einer Ausbildung zum Chemikanten, gefolgt von der Weiterbildung zum Industriemeister Chemie. Anschließend studierte er Maschinenbau an der Jade Hochschule in Wilhelmshaven und schloss das Studium mit einem Master ab. In seiner Promotion entwickelte er KI-gestützte Suchstrategien für autonome Unterwasserfahrzeuge zur Lokalisierung von Grundwasseraustrittsstellen. Die Arbeit entstand im Rahmen einer kooperativen Promotion an der Universität Oldenburg und wurde durch das Promotionsprogramm der Jade Hochschule gefördert.
Seine wissenschaftlichen Schwerpunkte liegen in der Entwicklung KI-basierter Systeme zur marinen Umgebungswahrnehmung und Umweltüberwachung. In bisherigen Projekten forschte er unter anderem zur Erkennung von Plastikmüll in marinen Umgebungen mittels multispektraler Fernerkundung und Methoden der Künstlichen Intelligenz. Weitere Schwerpunkte seiner Arbeit sind naturinspirierte Optimierungsverfahren, die zur Lösung komplexer ingenieurwissenschaftlicher Fragestellungen eingesetzt werden.
An der htw saar übernimmt er die Professur für Applied Artificial Intelligence an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften. In der Lehre wird er Veranstaltungen zur angewandten Künstlichen Intelligenz anbieten. Er wird weiterhin zu Anwendungen an der Schnittstelle zwischen KI und Nachhaltigkeit sowie der Entwicklung intelligenter Systeme für technische Anwendungen forschen.