Tim Pannen absolvierte Anfang der 1990er Jahre eine Hospitanz am Schiller Theater Berlin und stieß anschließend zur Theatergruppe um den Regisseur Jürgen Kruse; dort gehörte er zwei Jahre lang zum Team des Bühnenbildners Stefan Meyer. Als der Intendant Leander Haußmann 1995 Kruse in das Leitungsteam des Bochumer Schauspielhauses holte, wurde Tim Pannen dort als fester Bühnenbildner angestellt. Während dieser Zeit verstärkte sich sein Interesse, auch im Filmbereich tätig zu sein. Aus diesem Grund zog er 1998 von Bochum nach Köln, wo er als Requisiten-Hersteller an der Filmbiografie "Rembrandt" (FR/DE/NL 1999) mitwirkte. 1999/2000 absolvierte Pannen das Weiterbildungsprogramm "Ausstattung" an der Internationalen Filmschule (ifs) in Köln. In den Jahren danach war er in verschiedenen Funktionen (etwa als Szenenbild-Assistent) an mehreren Filmproduktionen beteiligt.

Pannens erster Film als verantwortlicher Ausstatter war Matthias X. Obergs im Stil eines Manga-Comics inszenierte Jugendgeschichte "The Stratosphere Girl" (2002-2004), die im Panorama der Berlinale uraufgeführt wurde. Als Ausstatter fungierte er unter anderem auch bei der preisgekrönten Coming-of-Age-Geschichte "Wahrheit oder Pflicht" (2005), dem in Kolumbien spielenden Sozialdrama "Dr. Alemán" (2008), dem Familiendrama "Die Liebe der Kinder" (2009) und Lars von Triers internationaler Koproduktion "Antichrist" (2009). Zur gleichen Zeit begann Pannen, verstärkt auch als Szenenbildner zu arbeiten. So bei Maria Speths hoch gelobtem Familiendrama "Madonnen" (DE/BE/CH 2007), Christoph Hochhäuslers im Frankfurter Bankenmilieu spielenden Beziehungsdrama "Unter dir die Stadt" (2010), Christian Schwochows DDR-Fluchtgeschichte "Westen" (2013) und bei Johannes Nabers vielfach preisgekröntem Drama "Zeit der Kannibalen" (2014). Für das Szenenbild bei der melancholischen Komödie "1001 Gramm" (DE/FR/NO 2014), über die Selbstfindung einer einsamen norwegischen Eichamts-Kontrolleurin, wurde Pannen für den norwegischen Amanda Award nominiert.

2015/2016 arbeitete er bei gleich zwei Filmen erneut mit Christian Schwochow zusammen: Bei dem NSU-Dokudrama "Die Täter - Heute ist nicht alle Tage" (TV) und bei der Filmbiografie "Paula", über die Künstlerin Paula Modersohn-Becker (1876-1904). Für das Szenenbild bei letzterem Film erhielt Tim Pannen im Frühjahr 2017 den Deutschen Filmpreis.