Родилась в Ленинграде в семье профессора физики. Детство писательницы прошло на Петроградской стороне, в Доме Ленсовета на Набережной реки Карповки, 13.

В 1974 году окончила отделение классической филологии Ленинградского университета. Тогда же переехала в Москву и поступила на работу в Главную редакцию восточной литературы издательства «Наука».

В 1983 году публикует свои первые литературные произведения и дебютирует как литературный критик. Впоследствии Толстая публикует в периодической печати ещё около двадцати рассказов. Её произведения печатаются в «Новом мире» и других крупных журналах.

В 1990 году Толстая переехала в США, где занималась преподавательской деятельностью и сотрудничала с ведущими издательствами.

В 1991 году начинает журналистскую деятельность. Ведёт собственную колонку «Своя колокольня» в еженедельной газете «Московские новости», сотрудничает с журналом «Столица», где входит в состав редколлегии. Эссе, очерки и статьи Толстой появляются также в газете «Русский телеграф». Параллельно с журналистской деятельностью она продолжает издавать книги.

В 1999 году Татьяна Толстая возвращается в Россию, где продолжает заниматься литературной, публицистической и преподавательской деятельностью. В 2000 году писательница публикует свой первый роман «Кысь».

В 2002 году писательница также впервые появляется на телевидении, в телевизионной передаче «Основной инстинкт». В том же году становится соведущей (совместно с Авдотьей Смирновой) телепередачи «Школа злословия». Передача получает признание телекритики, и в 2003 году Татьяна Толстая и Авдотья Смирнова получили премию «ТЭФИ», в категории «Лучшее ток-шоу».