Татьяна Михайловна Лиознова родилась в Москве 20 июля 1924 года. После школы она поступила в Московский авиационный институт, но проучилась там всего один семестр. В 1949 году она окончила режиссерский факультет ВГИКа, где занималась в мастерской Сергея Герасимова и Тамары Макаровой.
Несколько лет Лиознова работала ассистентом режиссера на фильмах своего учителя, участвуя в создании «Молодой гвардии», «Таинственной находки», «Земли и людей». Первой самостоятельной работой Татьяны Лиозновой стал вышедший в 1958 году фильм «Память сердца», эту ленту она поставила по сценарию, написанному при участии Тамары Макаровой, которая сыграла ней одну из главных ролей.
Большую известность принесла режиссеру лирическая картина «Три тополя на Плющихе», в которой главные роли блестяще исполнили Татьяна Доронина и Олег Ефремов и которая до сих пор пользуется зрительской любовью. Одной этой работы было бы достаточно, чтобы остаться в истории советского кинематографа.
Но имя Татьяны Лиозновой неразрывно связано с легендарным телевизионным фильмом – «Семнадцать мгновений весны», поставленным по одноименному роману Юлиана Семенова. Эта картина прославили режиссера и принесла ей Государственную премию РСФСР имени братьев Васильевых, а серьезные актерские работы Вячеслава Тихонова, Ростислава Плятта, Леонида Броневого, Олега Табакова, Евгения Евстигнеева стали одними из самых значительных в их творчестве.
В начале 1980-х годов выходят два других фильма Лиозновой, различных по жанру, но отмеченных и критикой, и зрителями: социально-производственная телевизионная драма по пьесе Александра Гельмана «Мы, нижеподписавшиеся» с блистательным актерским составом и музыкальная картина о женской судьбе «Карнавал», в котором главную роль исполнила Ирина Муравьева. В работе над сценарием «Карнавала» Лиознова принимала активное участие.
Кроме того, Татьяна Лиознова преподавала во ВГИКе и вместе со Львом Кулиджановым руководила режиссерско-актерской мастерской.
В 2008 году Татьяна Лиознова приняла участие в подготовке издания книги «Автограф века».
Заслуженный деятель искусств РСФСР, Народная артистка РСФСР и СССР Татьяна Михайловна Лиознова награждена орденами «За заслуги перед Отечеством» III степени и IV степени за выдающийся вклад в развитие отечественного кинематографического искусства и многолетнюю творческую деятельность, Орденом Дружбы народов и Орденом Почёта, а также специальным призом Президента России «За выдающийся вклад в развитие российского кино».
Умерла Татьяна Михайловна Лиознова 29 сентября 2011 года.