Она родилась в Москве 20 июля 1924 года. В 1949 году Лиознова окончила режиссёрский факультет ВГИК, где училась в мастерской Сергея Герасимова и Тамары Макаровой. Затем она работала в театре и даже написала две пьесы по мотивам китайских и корейских народных сказок. Её режиссёрский дебют в кино состоялся только в 1958 году – Лиознова поставила по сценарию Сергея Герасимова и Тамары Макаровой картину «Память сердца». Затем последовали фильмы «Евдокия» (1961), «Им покоряется небо» (1963) и «Рано утром» (1965). Но истинное признание пришло к Татьяне Лиозновой после выхода её ленты «Три тополя» на Плющихе» с Татьяной Дорониной и Олегом Ефремовым в главных ролях. Этот безусловный шедевр стал классикой советского кино и был высоко оценен за рубежом.

Кадр из фильма «Три тополя» на Плющихе»

И всё-таки наивысшим творческим достижениям Лиозновой по праву считается сериал «Семнадцать мгновений весны», снятый по роману Юлиана Семёнова. Режиссёру удалось не только собрать на съёмочной площадке звёздный актёрский состав, но и создать по тем временам настоящее новаторское произведение. Ведь, по сути, впервые в советском кино нацисты были изображены не ходульными персонажами, а людьми со всеми их достоинствами и недостатками. Возможно, именно поэтому сериал «Семнадцать мгновений весны» не был удостоен госпремий. Однако главной наградой для него и для Татьяны Лиозновой стала всенародная любовь. На протяжении десятилетий этот телефильм повторяли десятки раз, а его герои стали частью народного фольклора.

Кадр из «Семнадцати мгновений весны»

После «Семнадцати мгновений весны» Лиознова на долгое время отошла от режиссуры, посвятив всё своё время преподаванию. В 1980 году она вернулась на телевидение, сняв двухсерийный фильм «Мы, нижеподписавшиеся», а в 1981 году поставила мелодраму «Карнавал», которая снискала большую популярность.
В 2011 году Татьяны Лиозновой не стало.