Профессиональное становление Лиозновой началось с позиции ассистента у своего ключевого наставника. В этот период она перенимала практический опыт на съемочных площадках таких картин, как «Молодая гвардия», «Земля и люди» и «Таинственная находка». В качестве самостоятельного постановщика Татьяна Михайловна дебютировала в 1958 году с художественной лентой «Память сердца». Примечательно, что сценарий к этому фильму создавался при непосредственном содействии Тамары Макаровой, которая к тому же исполнила в нем одну из центральных ролей.
В начале 1960-х годов режиссер обратилась к прозе Веры Пановой, результатом чего стали экранизации «Евдокия» и «Рано утром». Примерно тогда же Лиознова создала драматическую картину о трагических судьбах летчиков-испытателей под названием «Им покоряется небо». Этот фильм получил широкое международное признание и завоевал главный приз «Золотое крыло» на кинофестивале во французском Довиле.
Огромную популярность у публики завоевала лирическая драма «Три тополя на Плющихе», в которой ключевой актерский дуэт составили Татьяна Доронина и Олег Ефремов. Эта пронзительная история до сих пор пользуется искренней любовью зрителей разных поколений. Одного этого шедевра уже было бы достаточно, чтобы навсегда вписать имя режиссера в историю отечественного экрана.
Тем не менее главным триумфом Татьяны Лиозновой стал культовый многосерийный телефильм «Семнадцать мгновений весны», созданный на основе одноименного романа Юлиана Семенова. Данная работа принесла постановщице всенародную славу и Государственную премию РСФСР имени братьев Васильевых. Глубокие и многогранные образы, воплощенные на экране Вячеславом Тихоновым, Леонидом Броневым, Ростиславом Пляттом, Олегом Табаковым и Евгением Евстигнеевым, стали важнейшими вехами в их актерских биографиях.
Начало следующего десятилетия ознаменовалось выходом двух абсолютно разных по стилистике, но одинаково успешных картин. Первой стала остросоциальная телевизионная драма «Мы, нижеподписавшиеся», снятая по пьесе Александра Гельмана и собравшая великолепный исполнительский состав. Второй — яркая музыкальная мелодрама о поиске себя и непростой женской доле «Карнавал» с Ириной Муравьевой в главной роли, в создании сценария к которой Лиознова принимала самое деятельное участие. Последней же режиссерской и сценаристской работой Татьяны Михайловны в кино стал трехсерийный проект «Конец света с последующим симпозиумом», представляющий собой адаптацию пьесы американского драматурга Артура Копита.
Помимо съемочного процесса, Лиознова много сил отдавала педагогике. Вместе со Львом Кулиджановым она руководила совместной актерско-режиссерской мастерской во ВГИКе. Уже в преклонном возрасте, в 2008 году, она также участвовала в подготовке к печати масштабного мемориального издания «Автограф века».
Заслуги выдающейся монументальной фигуры советского кино были отмечены множеством почетных званий и наград, включая титулы Заслуженного деятеля искусств РСФСР, Народной артистки РСФСР и СССР. За неоценимый многолетний вклад в культуру страны Татьяна Михайловна была удостоена орденов «За заслуги перед Отечеством» III и IV степени, орденов Почета и Дружбы народов, а также специального приза Президента России. Лиознова ушла из жизни в Москве 29 сентября 2011 года после тяжелой и продолжительной болезни.