Тамара Петросян родилась 16 (29) марта 1906 года в Фергане (по другим данным в Маргелане). По национальности армянка.
На сцене с 1919 года. В 1925 году окончила центральный театральный техникум в Москве. В 1926—1928 годах танцовщица музыкально-этнографического ансамбля (Ташкент), в 1928—1934 годах один из организаторов музыкально-драматических театров в Самарканде, Коканде и других городах. Перед поездкой во Францию первых советских артистов в 1926 году, народный комиссар А. Луначарский, назвал Тамару Ханум «Первой восточной ласточкой». С 1936 года — солистка Узбекской филармонии.
Участвовала в становлении узбекского балетного театра. В 1943 году ей, первой советской актрисе, присвоили воинское звание капитана Советской Армии. В приказе говориться «За исключительную большую работу среди личного состава войск. Показав свое мастерство и высокое искусство, Тамара Ханум сумела поднять боевой дух и воодушевить бойцов и командиров».
Реформатор исполнительского стиля узбекского женского танца, собиратель песенного и танцевального фольклора народов мира, создатель жанра песенно-танцевальной миниатюры. Эта женщина поистине, служитель муз.
Её искусством восторгались такие разные люди — Долорес Ибаррури, Радж Капур, Джавахарлал Неру. С ней состояли в переписке Чарли Чаплин, Галина Уланова, Пабло Пикассо, Алексей Толстой[уточнить], Арам Хачатурян,О. Л. Книппер-Чехова.
Тамара Ханум исполняла песни на 6 языках. Сорок пять дней она пела, танцевала и работала как строитель на Большом Ферганском канале. Будучи уже далеко не молодым человеком, выезжала на строительство Братской ГЭС, в далёкую и холодную Якутию.
Тамара Ханум - мать двоих детей, бабушка пятерых внуков и прабабушка четверых правнуков.
Тамара Ханум умерла 30 июня 1991 года. Похоронена в Ташкенте на Чигатайском кладбище.