В 1975 году Татьяна Борисовна окончила Ивановский государственный медицинский институт. Работала врачом-психиатром в Ивановской областной больнице, а с 1976 года профессиональная деятельность Т.Б. Дмитриевой навсегда оказалась связанной с Государственным научным центром социальной и судебной психиатрии им. В.П. Сербского.
С 1990 года и до последних дней своей жизни она возглавляла центр.
С 1996 по 1998 год Татьяна Борисовна – министр здравоохранения Российской Федерации. С 1999 года – академик РАМН, член президиума Российской академии медицинских наук.
В 1992 году Т.Б. Дмитриева впервые в стране создала и возглавила кафедру социальной и судебной психиатрии ФППО Московской медицинской академии им. И.М. Сеченова.
Под руководством Т.Б. Дмитриевой разработана методическая основа обучения специалистов по специальности «судебно-психиатрическая экспертиза» и смежным дисциплинам.
Под ее руководством и при непосредственном участии создана новая организационно-законодательная основа судебно-психиатрической службы страны, разработаны правовые и этические основы психиатрической помощи, подготовлены и опубликованы монографии, учебники, руководства.
Целая плеяда кандидатов и докторов наук воспитаны ею и сегодня представляют психиатрическую школу академика РАМН Т.Б. Дмитриевой.
Татьяна Борисовна непрерывно вела большую научно-общественную работу: с 1995 года – заместитель председателя Российского общества психиатров; с 1996 по 2001 год – член комиссии Совета безопасности РФ; в 1996—1998 годах – руководитель двух межправительственных комиссий; с 1999 года – член правления Национальной ассоциации по борьбе с инсультом;
с 2001 года член Межведомственного координационного совета по медицинской технике и высоким медицинским технологиям; с 2001 года член комиссии по вопросам помилования при правительстве Москвы.
В 2002 году Т.Б. Дмитриева возглавила рабочую группу по вопросам законодательного обеспечения в области психиатрии комитета по науке, культуре, образованию, здравоохранению и экологии Совета федерации; входила в состав правительственной комиссии по проблемам несовершеннолетних; с 2004 года – член международного комитета по контролю за наркотиками при ООН, с 2009 года – первый вице-президент этого комитета; в 2004 году избрана членом научно-консультативного совета Центра европейского бюро ВОЗ. С 2008 года Т.Б. Дмитриева член правления фонда «Институт современного развития».
В 2005 году назначена главным специалистом -психиатром Минздравсоцразвития России. Т.Б. Дмитриева осуществляла большую общественную и политическую работу, являясь членом высшего политсовета партии «Единая Россия»
Т.Б. Дмитриева была главным редактором «Российского психиатрического журнала», журнала «Клинические исследования лекарственных средств в России» и «Международного журнала научных исследований в области зависимости» и членом редколлегий ряда профессиональных, политических, популярных российских и зарубежных изданий.
Т.Б. Дмитриева награждена Орденом Почета (1996), орденом «За заслуги перед Отечеством IV степени» (2001), орденом «За заслуги перед Отечеством III степени» (2006), орденом Русской православной церкви Святой равноапостольной великой княгини Ольги II степени (2001), знаком МИДа «За вклад в международное сотрудничество» (2006), лауреат премии «Профессия – Жизнь» (2007) и многими другими наградами.