Родилась 12 апреля 1948 года в г. Фрунзе (г. Бишкек) Киргизской ССР.
В 1966 году с золотой медалью окончила среднюю школу № 1 г. Алейск Алтайского края.
В 1971 году с красным дипломом окончила математико-механический факультет Воронежского государственного университета, отделение математики.
В 1974 году окончила аспирантуру Воронежского государственного университета (ВГУ).
С 1974 по 1977 год работала младшим научным сотрудником в НИИ Математики ВГУ.
В 1977 году защитила кандидатскую диссертацию на тему «О некоторых топологических инвариантах эквивариантных отображений» по специальности «геометрия и топология».
С 1978 по 1981 год работала старшим инженером, затем заведующей группой в ВЦ МГК Стройбанка СССР.
С 1978 года — член Московского математического общества.
С 1981 года по 2005 год работала в Московском институте стали и сплавов (МИСИС) в должностях ассистента, старшего преподавателя, доцента.
В 1991 году вела научные исследования и читала курс лекций по алгебраической топологии для аспирантов и преподавателей Университета Британской Колумбии (г. Ванкувер, Канада).
С 2005 года работает доцентом, а с 2012 года профессором кафедры общей математики факультета ВМК Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова (МГУ).
В 2010 году защитила в МГУ докторскую диссертацию на тему «Топологические методы в теории неподвижных точек и совпадений» по специальности "Геометрия и топология".
Т.Н. Фоменко — автор более 100 научных и учебно-методических публикаций в области топологии и ее приложений, в том числе является соавтором известного учебника «Введение в топологию» для ВУЗов, выдержавшего 6 изданий в России и за рубежом.
Т.Н. Фоменко занимается исследованиями по Новой хронологии совместно с А.Т.Фоменко и Г.В. Носовским. Является соавтором нескольких книг по Новой Хронологии.