Тамара Макарова родилась 31 июля (13 августа) 1907 года в Петербурге в семье военного врача. В 14 лет, увлекавшаяся театром и балетом, Тамара создала собственную труппу, собрав в ней соседских детей. Дворовый театр радовал спектаклями жителей окрестностей; его даже зарегистрировали, и ребята стали получать паёк.

В 1924 году Тамара Макарова, окончив школу, поступила в актёрскую мастерскую МАСТФОР. Там она впервые встретилась с Сергеем Герасимовым.

В кино Макарова дебютировала в 1927 году в фильме «Чужой пиджак». На этот фильм она попала случайно, буквально с улицы: ее привел ассистент Козинцева и Трауберга. На съемках картины она вновь встретилась с Герасимовым. Молодые люди сблизились и поженились. Вся дальнейшая творческая деятельность Макаровой была связана с мужем. По его совету в 1927 году она поступила на киноотделение Техникума сценических искусств, который окончила в 1930 году.

Всесоюзный успех пришёл к ним в 1936 году с выходом на экраны фильма «Семеро смелых» (кстати, съемки фильма проходили в 1935 году в долине озера Малый Вудъявр под Кировском). Далее последовала череда удачных совместных работ – «Комсомольск», «Учитель», «Маскарад». Последняя картина была закончена перед самой войной.

Темы Великой Отечественной войны и блокады Ленинграда занимают большое место в творчестве Макаровой. Супруги оставались в городе до 1943 года. Тамара участвовала в организации обороны Ленинграда, работала сандружинницей, медсестрой. Затем чета отправилась в глубокий тыл, в Ташкент. Там у них появился приёмный ребёнок – сын Артур, ставший впоследствии известным писателем и кинодраматургом. Военной тематике, тылу посвящена следующая работа супругов – лента «Большая земля».

Возвращаться из эвакуации в Ленинград семья не стала, они перебрались в Москву.

С 1944 года Макарова преподавала во ВГИКе. В 1968 году она стала профессором этого учебного заведения. Вели преподавание они с мужем совместно, руководили общей мастерской. Среди их учеников такие прославленные артисты как Сергей Бондарчук, Инна Макарова, Татьяна Лиознова, Людмила Гурченко, Зинаида Кириенко, Наталья Фатеева, Жанна Болотова, Николай Губенко, Евгений Жариков, Лариса Лужина, Сергей Никоненко, Галина Польских, Лидия Федосеева-Шукшина, Наталья Аринбасарова, Наталья Белохвостикова, Наталья Бондарчук, Наталья Гвоздикова, Николай Ерёменко-младший, и этот перечень далеко не полный.

Делу преподавания Герасимов и Макарова отдавались до конца, были одной семьей со студентами, любили задействовать их в своих фильмах. Пожалуй, самый яркий пример тому – «Молодая гвардия». Фильм вывел на орбиту целую плеяду молодых актёров – студентов ВГИКа: И.В. Макарову, Н.В. Мордюкову, С.С. Гурзо, С.Ф. Бондарчука, В.В. Тихонова, К.С. Лучко, В.А. Авдюшко и многих других.

Стоит также отметить, что Макарова и Герасимов не были профессионально зависимы друг от друга. Тамара Фёдоровна была не менее успешна в фильмах других режиссёров («Каменный цветок», «Клятва»), и Сергей Апполинариевич был самостоятельной творческой единицей. Несмотря на родственные связи, жена появляется только в четвёртом его фильме, да и в дальнейшем он частенько обходился без неё («Тихий Дон», «У озера», «Красное и чёрное»).

С начала 1950-х Макарова снимается значительно реже, в основном в фильмах своего мужа.

Деятельность Тамары Федоровны была отмечена многими государственными и кинематографическими наградами. Она – дважды лауреат Сталинской премии: второй степени (1941) – за роль Аграфены Шумилиной в фильме «Учитель» и первой степени (1947) – за роль Ксении в фильме «Клятва». Тамара Макарова – заслуженная и народная артистка РСФСР, народная артистка СССР (1950), Герой Социалистического Труда (1982). Награждена двумя орденами Ленина (1977, 1982), орденами Отечественной войны II степени (1985), «Знак Почёта» (1939), Дружбы народов (1987), медалями «За оборону Москвы», «За доблестный труд в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.», «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.», «За оборону Ленинграда».

Тамара Федоровна Макарова прожила наполненную творческую жизнь и скончалась 20 января 1997 года в Москве, была похоронена на Новодевичьем кладбище в одной могиле с мужем Сергеем Герасимовым.