1971 г. по 1975 г. работал в системе Минцветмета СССР в г. Чита.
В 1975 году избран на должность младшего научного сотрудника Геологического института БФ СО АН СССР, в 1978 г. переведен на должность ученого секретаря программы «Цветные металлы Бурятии», входящей в состав программы «Сибирь».
С 1987 г. – заместитель заведующего отделом науки и учебных заведений Бурятского обкома КПСС, затем заведующий отделом.
С 1988 г. заместитель председателя Президиума Бурятского научного центра СО АН СССР, с 1991 г. директор Байкальского института рационального природопользования СО РАН, с 1998 по 2012 гг. - директор Байкальского института природопользования СО РАН. В настоящее время Тулохонов А.К. является членом Совета Федерального собрания Государственной думы Российской Федерации, занимает должность главного научного сотрудника БНЦ СО РАН.
В 1976 г. Тулохонову А.К. присуждена ученая степень кандидата географических наук, в 1988 г. - доктора географических наук, в 2003 г. он избран членом-корреспондентом РАН.
Тулохонов А.К. - специалист в области геоморфологии, палеогеографии, охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов, автор и соавтор 180 научных публикаций, в том числе 15 монографий и 5 изданных географических карт.
С началом строительства БАМ он принял активное участие в выполнении правительственного задания по изучению геоморфологических и сейсмотектонических условий Северного Прибайкалья и в составлении крупномасштабных геоморфологических и инженерно-геологических карт.
В настоящее время основная научная деятельность Тулохонова А.К. посвящена решению эколого-экономических проблем Байкальского региона, он активно участвовал в разработке Закона о Байкале.
Тулохонов А.К. один из организаторов крупных международных конференций «Человек у Байкала», «Байкал – Мичиган», «Байкальский регион как мировая модельная территория устойчивого развития», «Живые озера».
Тулохонов А.К. является Лауреатом премии Ленинского комсомола.