Jayme Tiomno era descendiente de judíos rusos que emigraron a Brasil a comienzos del siglo XX.
Tras terminar sus estudios en el Colégio Pedro II, entró a estudiar medicina en la Universidad Federal de Río de Janeiro, pero luego se cambió a física.
Viajó a Estados Unidos a estudiar en la Universidad de Princeton con el renombrado físico John Archibald Wheeler.
Junto a César Lattes y José Leite Lopes, fundó el Centro Brasileño de Investigaciones Físicas, donde fue profesor titular.
Estuvo casado con la también física Elisa Frota Pessoa.