Родилась Е.И.В. в Петергофе в 10 час 40 мин; «при святой молитве наречена Татьяною» в честь мученицы Татианы. Бюллетень за подписью лейб-акушера Отта от 1 июня того же года извещал:
«Высоконоворожденная великая княжна Татьяна Николаевна находится в вожделенном здравии».
Крещена в соответствии с высочайше утверждённым церемониалом духовником императорской семьи Янышевым 8 июня того же года в церкви Большого Петергофского дворца; восприемниками были: императрица Мария Феодоровна, великий князь Михаил Николаевич и великая княгиня Ксения Александровна.
Тезоименитство — 12 января по юлианскому календарю (мученицы Татианы). Её именем поименовано судно построенное 1914 году, на Сормовском заводе для общества «Самолёт», двухдечный грузо-пассажирский пароход Волжского бассейна «Великая княжна Татьяна Николаевна» (вершина отечественного дореволюционного речного судостроения).
По совершении таинства, митрополит Палладий (Раев) совершил литургию, во время которой императрица Мария Феодоровна поднесла княжну к причащению; во время пения «Да исполнятся уста наша» барон Фредерикс поднёс на золотом блюде императрице орден Святой Екатерины, который та возложила на великую княжну.
Татьяна получила нетрадиционное для Романовых имя. Великий князь Константин Константинович так объясняет этот выбор в своем дневнике:
Слышал от царя, что его дочери названы Ольгой и Татьяной, чтобы было, как у Пушкина в «Онегине».
Как и другие дети царственной четы, Татьяна воспитывалась в строгости. Она и ее сестры спали на походных кроватях без подушек, утром принимали холодную ванну, в свободное время должны были заниматься рукоделием.
Современники вспоминали Татьяну как цельную, глубокую натуру. Полковник Кобылинский писал о ней так: «Это была девушка вполне сложившегося характера, прямой, честной и чистой натуры, в ней отмечались исключительная склонность к установлению порядка в жизни и сильно развитое сознание долга.
Она ведала, за болезнью Матери, распорядками в доме, заботилась об Алексее Николаевиче и всегда сопровождала Государя на Его прогулках, если не было Долгорукова. Она была умная, развитая, любила хозяйничать, и в частности вышивать и гладить белье». Придворные отмечали ее исключительную доброту и приветливость, которые люди не всегда умели распознать из-за застенчивости и сдержанности, унаследованных от отца.
В годы Первой мировой войны княжна являлась почетной председательницей «Татьянинского комитета» — организации, занимавшейся оказанием помощи беженцам и другим людям, пострадавшим в результате военных действий. Вместе с матерью-императрицей и старшей сестрой Ольгой она регулярно работала в госпиталях и лазаретах. А. А. Мосолов вспоминал: «Во время войны, сдав сестринские экзамены, старшие Княжны работали в царскосельском госпитале, выказывая полную самоотверженность в деле... У всех четырех было заметно, что с раннего детства им было внушено чувство долга. Все, что Они делали, было проникнуто основательностью в исполнении. Особенно это выражалось у двух Старших.
Они не только несли в полном смысле слова обязанности заурядных сестер милосердия, но и с большим умением ассистировали при операциях... Серьезнее и сдержаннее всех была Татьяна». В письме В. И. Чеботаревой – старшей сестре Ее Величества лазарета в Царском Селе – Татьяна писала: «Так странно бывать утром дома, а не на перевязках. Кто теперь перевязывает? Вы ли на материале и старшей сестрой? А врачи все на месте и сестры солдатского отделения?»
В письме Татьяны к родителям от 15 августа 1915 г. видно желание разделить с ними все тяготы: «Я все время молилась за Вас обоих, дорогие, чтобы Бог помог Вам в это ужасное время. Я просто не могу выразить, как Я жалею Вас, Мои любимые. Мне так жаль, что Я ничем не могу помочь...»
В марте 1917 года Великая княжна была вместе со всей Императорской семьёй арестована в Царском Селе и впоследствии сослана в Тобольск а позже в Екатеринбург.
Ночь с 16 на 17 июля одна из самых трагичных дат в истории России. В этот день в Екатеринбурге большевиками зверски были убиты Российский Царь Николай Второй, Царица Александра Федоровна, их дети Алексей, Ольга, Татьяна, Мария, Анастасия и преданные им помощники.
Высказывались предположения, что после первого залпа Татьяна, Мария и Анастасия остались живы, их спасли драгоценности, зашитые в корсеты платьев. Однако допрошенные следователем Соколовым свидетели показали, что из царских дочерей Анастасия дольше всех сопротивлялась смерти, уже раненую её «пришлось» добивать штыками и прикладами.
Последней записью в дневнике Татьяны, сделанной в Екатеринбурге, были слова святого праведного Иоанна Кронштадтского: «Скорбь твоя неописуема, скорбь Спасителя в Гефсиманском саду о грехах мира безмерна, соедини свою скорбь с Его, в этом ты найдешь утешение».
Великая княжна Татьяна Николаевна канонизирована вместе с семьёй в 1981 году Русской православной церковью за границей, а в 2000 году, — Архиерейским собором Русской православной церкви.