Татьяна Черниговская родилась 7 февраля 1947 года в городе Санкт-Петербург. Закончила отделение английской филологии филологического факультета Ленинградского государственного университета. Специализировалась в области экспериментальной фонетики.

До 1998 года работала в Институте эволюционной физиологии и биохимии имени И.М. Сеченова РАН в лабораториях биоакустики, функциональной асимметрии мозга человека и сравнительной физиологии сенсорных систем ведущим научным сотрудником. Заместитель директора НБИК Центра Курчатовского института.

Успешно защитила в 1993 году докторскую диссертацию «Эволюция языковых и когнитивных функций: физиологические и нейролингвистические аспекты». Доктор биологических наук, доктор филологических наук, профессор СПбГУ. Занималась экспериментальными и клиническими исследованиями ментального лексикона носителей русского языка.

По ее инициативе в 2000 году открыли учебную программу «Психолингвистика» на кафедре общего языкознания филологического факультета СПбГУ. Читает курсы «Психолингвистика», «Нейролингвистика» и «Когнитивные процессы и мозг» для студентов и аспирантов филологического и медицинского факультетов СПбГУ, Смольного института свободных искусств и наук. Ее неоднократно приглашали лектором в крупнейших университетах США и Европы, координатором международных симпозиумов. Вела цикл телевизионных передач на канале «Культура»: «Звездное небо мышления», «Покажем зеркало природе...»; и «Петербург - Пятый канал»: «Ночь», рубрика «Интеллект».

В 2006 году Черниговская была избрана иностранным членом группы философии и филологии секции гуманитарных и социальных наук Норвежской академии наук. Указом Президента РФ 9 января 2010 года Татьяне Владимировне Черниговской было присвоено почетное звание «Заслуженный деятель науки РФ».

Известна как популяризатор науки в печатных и электронных СМИ. Участник и ведущая многочисленных научно-популярных телепередач и фильмов. Награждена почетным дипломом Президиума РАН за лучшие работы по популяризации науки в 2008 году. Неоднократно номинирована Американским биографическим институтом на звание «Женщина года». Многократно входила и постоянно входит в оргкомитеты национальных научных форумов, принимала участие в организации различных международных конференций.

Татьяна Владимировна член-корреспондент Российской академии образования, член Совета по науке и образованию при Президенте РФ, член межведомственной рабочей группы «Приоритетные и междисциплинарные научные исследования» Совета при Президенте РФ по науке и образованию, член Академии наук Норвегии, Почетный член Семиотического общества Финляндии. Входит в состав Объединенного научного совета по общественным и гуманитарным наукам Санкт-Петербургского научного центра РАН, Президиума Российской ассоциации содействия науке, научного совета Санкт-Петербургского союза ученых.

В московском Центральном доме ученых 16 февраля 2017 года стала лауреатом главной премии за пропаганду научных знаний, Золотой медали Российской академии наук, которая вручается раз в пять лет. Руководитель лаборатории когнитивных исследований СПбГУ и кафедры проблем конвергенции естественных и гуманитарных наук университета, стала дипломантом в категории «Науки о жизни».