Formada em biologia pela UFRJ, Tatiana Sampaio concluiu mestrado em biofísica e doutorado em ciências na mesma instituição. Ao longo da carreira, concentrou suas pesquisas na bioquímica de proteínas e na regeneração neural.
Realizou pós-doutorado nos Estados Unidos, na University of Illinois, com foco em imunoquímica, e na Alemanha, na Universität Erlangen-Nürnberg, estudando inibidores de angiogênese.
Desde 1995, atua como professora em regime de dedicação exclusiva na UFRJ, lecionando na graduação, participando de programas de pós-graduação e coordenando pesquisas voltadas à matriz extracelular e à regeneração do sistema nervoso.
Ela lidera, desde 2019, o projeto “Desenvolvimento de um medicamento com base em polilaminina”, realizado em parceria com a farmacêutica Cristália. Também coordena o estudo clínico fase 1/2 que avalia a segurança e a possível eficácia da substância em casos de lesão raquimedular aguda.
Ao longo da trajetória acadêmica, publicou diversos estudos sobre laminina polimerizada e regeneração neural.