Татьяна Дмитриева окончила лечебный факультет Ивановского медицинского института по специальности «психиатрия». После года интернатуры она прошла стажировку во Всесоюзном научно-исследовательском институте общей и судебной психиатрии имени Сербского в Москве (1976-1978), в 1981 году защитила кандидатскую диссертацию по теме «Депрессии у подростков» и была принята на работу в институт имени Сербского. В 1990 году Т.Б. Дмитриева защитила докторскую диссертацию на тему «Психопатии в городе Санкт-Петербурге» и возглавила институт имени Сербского (позднее Государственный научном центре социальной и судебной психиатрии имени В.П. Сербского). С 1992 года она возглавляла кафедру социальной и судебной психиатрии Московской медицинской академии имени Сеченова; профессор. В 1996-1998 года Т.Б. Дмитриева занимала пост министра здравоохранения России, затем вернулась к руководству научным центром имени Сербского. В 1997 году она была избрана членом-корреспондентом Российской академии медицинских наук, а в 1999 году — ее действительным членом. С 2001 года Т.Б. Дмитриева входила в состав Президиума РАМН. Т.Б. Дмитриева была главным редактором «Российского психиатрического журнала», журнала «Клинические исследования лекарственных средств в России». Она является автором 350 научных работ, в том числе 22 монографий, 6 учебников, 11 руководств для врачей и психологов, 7 авторских свидетельств и изобретений.