Тиллотама Шоме родилась 25 июня 1979 года в Калькутте в семье Анупама и Байсакхи Шоме. Детство прошло в разных городах Индии, так как её отец служил в ВВС страны. Частые переезды сформировали у неё наблюдательность и умение быстро адаптироваться к новым средам, что позже отразилось на её актёрской пластике и выборе ролей.
Она получила образование в колледже Lady Shri Ram в Дели, где начала заниматься театром в труппе Asmita под руководством Арвинда Гаура. В 2004 году Шоме переехала в Нью-Йорк и поступила в Нью-Йоркский университет, где изучала образовательный театр. Во время жизни в США она не только играла и училась, но и преподавала театр заключённым, отбывающим наказание за тяжкие преступления, в тюрьме строгого режима.
Её кинодебют состоялся в фильме Monsoon Wedding (2001) Миры Наир, где она сыграла роль Элис. В дальнейшем Шоме последовательно выбирала сложные и социально значимые проекты, снимаясь в международных фильмах, таких как Shadows of Time, The Waiting City и Gangor. В последнем она исполнила роль социального работника, продолжив линию работ, связанных с темами социальной несправедливости и уязвимых сообществ.
Одним из важнейших этапов в её карьере стала роль в фильме Qissa, где она сыграла девушку, воспитанную как мальчик. Эта работа принесла ей приз за лучшую женскую роль в конкурсе New Horizons на кинофестивале в Абу-Даби. Критики высоко оценили её способность передать внутренний конфликт персонажа без внешних эффектов.
В индийском кино Шоме запомнилась также по фильмам A Death in the Gunj, Shanghai и эпизоду в Lust Stories 2. Её работа в Shanghai Дибакара Банерджи была названа одной из самых эмоционально разрушительных ролей года. В последние годы она активно работает и в сериальном формате, появившись в проектах Delhi Crime, The Night Manager и Paatal Lok.
В личной жизни Тиллотама Шоме замужем за Куналом Россом, племянником Джайи Баччан, что делает её родственницей семьи Баччан по браку. При этом она сознательно держит дистанцию от гламурного образа Болливуда, предпочитая сосредотачиваться на работе и выборе ролей.
