Татьяна Евгеньевна Самойлова родилась 4 мая 1934 года в Ленинграде (сегодня — Санкт-Петербург), в семье известного советского актера Евгения Самойлова. В 1937 году семья переехала в Москву.
В школьные годы Татьяна занималась балетом, окончила балетную студию при МАМТ имени К.С. Станиславского и Вл.И. Немировича-Данченко и даже была приглашена учиться в балетную школу при Большом театре, но тяга к драматическому театру оказалась сильнее. Ведь девочка, воспитанная на фильмах и спектаклях отца, всегда хотела стать только актрисой.
В 1953 году Самойлова поступила в Щукинское училище, где проучилась до 1956 года. Еще будучи студенткой она дебютировала в кино, сыграв роль в картине «Мексиканец». После окончания учебы юная актриса снялась в фильме «Летят журавли», который стал для нее «звездным». В 1958 году на Каннском кинофестивале фильм получил Золотую пальмовую ветвь, актрису наградили дипломом за лучшую женскую роль и премией жюри «Апельсиновое дерево». Она стала звездой советского экрана.
Приехав с фестиваля, Татьяна Самойлова поступила в Государственный институт театрального искусства в Москве. Работала в Театре им. Маяковского, а потом в Театре им. Вахтангова (до 1960 года).
После картины «Летят журавли» Татьяна сыграла лишь в нескольких картинах: «Неотправленное письмо» (1959), «Леон Гаррос ищет друга» (1960), «Альба Регия» (1961), «Они шли на Восток» (1960), и пропала с экранов. Второй раз о ней заговорили после выхода фильма А.Зархи «Анна Каренина» с Самойловой в главной роли.
Затем вышло еще несколько фильмов с ее участием, но с середины 1970-х годов Самойлова перестала сниматься совсем. И только в 1999 году снялась в картине «Двадцать четыре». В новом тысячелетии актриса вновь появилась на экране, снявшись в фильмах: «Московская сага», «Сен-Жермен», «Далеко от Сансет бульвара», «Нирвана». Но особенно яркой стала ее работа в картине «Нет смерти для меня», в которой актриса рассказывает о своей жизни, об одиночестве последних лет и разлуке с сыном.
Татьяна Евгеньевна была замужем четыре раза, ее единственный сын — Дмитрий.
Народная артистка России, Заслуженная артистка РСФСР, кавалер орденов Почета и «Знак Почета», лауреат премии Национальной академии кинематографических наук «Золотой Орел» — Татьяна Евгеньевна Самойлова скончалась в Москве поздно вечером 4 мая 2014 года. Похоронили актрису на Новодевичьем кладбище столицы.
