Marea Ducesă s-a născut pe 10 iunie 1897 la Sankt Petersburg și a fost a doua fiică a țarului Nicolae al II-lea al Rusiei și a Alexandrei Feodorovna. Tatiana era înaltă și subțire, avea părul castaniu și ochii de un albastru-gri închis, era rafinată, elegantă și a fost considerată cea mai frumoasă dintre cele patru fiice ale familiei imperiale. Părinții, prietenii și servitorii îi spuneau pe numele mic sau o alintau strigând-o Tania, Tatia, Tatianoșca sau Tanușca.
Ca și ceilalți copii ai familiei Romanov, a fost crescută într-un regim auster,
făcea baie cu apă rece dimineața, iar în timpul liber se ocupa cu brodatul și cu tricotatul, lucrușoarele făcute de ea fiind dăruite soldaților sau vândute la bazaruri de caritate.
Dintre toate surorile, Tatiana a fost cea mai apropiată de mama sa și era considerată de mulți ca fiind fiica favorită a țarinei. Profesorul francez al fetelor, Pierre Gilliard, a descris-o ca fiind rezervată și echilibrată, însă mai puțin deschisă și spontană în comparație cu Olga, era profund religioasă și citea Biblia frecvent.
Când a devenit adolescentă, Marii Ducese i-a fost atribuit un regiment de soldați, primind rangul onorific de colonel, și avea obiceiul să își inspecteze soldații în mod regulat.
În timpul Revoluției bolșevice din 1917, familia imperială a fost arestată, fiind ținută inițial la reședința de la Țarskoe Selo, apoi la Tobolsk și Ekaterinburg, în Siberia.
În aprilie 1918, când bolșevicii i-au mutat pe țarul Nicolae, țarina Alexandra și pe fiica cea mare, Maria, la Ekaterinburg. Ceilalți copii au rămas la Tobolsk din cauza că Alexei, care suferise o nouă criză de hemofilie, nu a putut fi transportat. Tatiana a fost cea care și-a convins mama să îl lase pe țarevici în grija ei.
În timpul celor patru săptămâni cât au fost despărțiți de părinți, Tatiana, Olga, Anastasia, Alexei și doamnele de onoare și-au cusut pietrele prețioase și bijuteriile în îmbrăcăminte, în speranța că le pot ascunde de bolșevici.
Ajunsă la Ekaterinburg, Tatiana vorbea frecvent cu gardienii Casei Ipatiev, întrebându-i despre familiile lor și spunându-le despre speranțele sale în legătură cu viața nouă din Anglia, acolo unde spera că va ajunge atunci când vor fi eliberați. Mai târziu, când a venit un nou comandant la Casa Ipatiev, familiei i s-a interzis să discute cu ofițerii, iar condițiile de detenție au devenit mai stricte.
În noaptea de 16 iulie, familia imperială a fost trezită din somn. Bolșevicii le-au spus să coboare la demisolul casei, pentru că există tulburări în oraș și trebuie să fie mutați pentru siguranța lor. În scurt timp, Iakov Iurovski, șeful pazei, le-a citit sentința de execuție. Tatiana și familia ei nu au avut timp nici măcar să-și ia rămas bun sau să se îmbrățișeze pentru că au fost secerați de gloanțe. Marea Ducesă Tatiana Nikolaevna avea doar 21 de ani.
