Родилась 13 (26) апреля 1904 года в Киеве.
Училась в Одесской музыкальной академии Общества музыкальных деятелей (1922-1923), в студии под руководством Абрама Роома в Москве. В начале 1930-х годов — актриса ТЮЗа, с 1943 года — актриса эстрады.
С Тамарой Адельгейм одно время встречался писатель Александр Фадеев, расставшись со своей первой женой — Валерией Герасимовой (двоюродной сестрой Сергея Герасимова). Из Парижа он ей писал письма, в которых намечал их совместное будущее. Но внезапно переписка прервалась — Фадеев встретил новую любовь — актрису Ангелину Степанову.

Умерла Тамара Адельгейм 11 мая 1979 года в Москве.