พลเอกเทียนชัยเริ่มรับราชการเป็นทหาร สังกัดกองทัพบก ได้รับแต่งตั้งเป็นผู้บัญชาการหน่วยรบพิเศษป่าหวาย และเป็นผู้ก่อตั้งหน่วยทหารหน่วยนี้ จนได้รับฉายา ”เจ้าพ่อป่าหวาย” ต่อมาได้รับตำแหน่งเจ้ากรมรักษาดินแดน และรองผู้บัญชาการทหารบก ในระหว่างรับราชการทหาร ได้รับมอบหมายให้ปฏิบัติหน้าที่ปราบสลัดอากาศ และยับยั้งการปฏิวัติรัฐประหารหลายครั้ง โดยครั้งสำคัญ คือ กบฏทหารนอกราชการ (กบฏ 9 กันยา) ซึ่งพลตรีมนูญกฤต รูปขจร นายทหารนอกประจำการ ได้นำกำลังทหารเข้ายึดกองบัญชาการทหารสูงสุด และประกาศให้พลเอกเสริม ณ นคร เป็นหัวหน้าคณะปฏิวัติยึดอำนาจจากรัฐบาลของพลเอกเปรม ติณสูลานนท์ นายกรัฐมนตรี ซึ่งอยู่ระหว่างการไปราชการต่างประเทศ พร้อมกับพลเอกอาทิตย์ กำลังเอก ผู้บัญชาการทหารสูงสุด และผู้บัญชาการทหารบก ซึ่งพลเอกเทียนชัย ในฐานะรองผู้บัญชาการทหารบก ได้รวมตัวกันต่อต้าน และควบคุมสถานการณ์ไว้ได้ในเวลาต่อมา

หลังจากเกษียณอายุราชการได้เข้าทำงานทางการเมืองร่วมกับพลเอกมานะ รัตนโกเศศ ก่อตั้งพรรคราษฎร (เปลี่ยนชื่อจากพรรคสหชาติ) จนได้รับตำแหน่งรองนายกรัฐมนตรี[1] ต่อมาได้ปรับไปรับตำแหน่งดำรงตำแหน่งรัฐมนตรีว่าการกระทรวงศึกษาธิการ[2] และดำรงตำแหน่งสมัยที่ 2 ในปี พ.ศ. 2533[3] นอกจากนั้นยังได้รับแต่งตั้งเป็นสมาชิกวุฒิสภา[4] ที่ปรึกษารัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงพาณิชย์ และเขาเคยได้รับแต่งตั้งเป็นสมาชิกสภานิติบัญญัติแห่งชาติ ในปี พ.ศ. 2516[5]

พลเอกเทียนชัยได้รับแต่งตั้งเป็นรองประธานกรรมการโอลิมปิกแห่งประเทศไทย และมีความสนใจในด้านกีฬามวยไทย จนได้รับแต่งตั้งเป็นประธานสหพันธ์สหพันธ์สมาคมมวยไทยสมัครเล่นนานาชาติ และเป็นประธานที่ปรึกษาของสมาคมครูมวยไทย

พลเอกเทียนชัย สิริสัมพันธ์ ถึงแก่อนิจกรรมเมื่อวันที่ 3 พฤษภาคม พ.ศ. 2563 สิริอายุ 96 ปี[6]