Su padre murió cuando aún era niña, así que se trasladó a San Petersburgo, en Rusia, para vivir con su tía Sonia y su tío Píter Afanásiev, profesor del Universidad Politécnica de San Petersburgo.

Tatiana asistió a la escuela normal en San Petersburgo con especialidad en matemáticas y ciencia.

En 1902, pasó a la Universidad de Gotinga en Alemania, donde continuó sus estudios con Felix Klein y David Hilbert.

Bajo la ley rusa, no se permitía el matrimonio entre dos personas de diferentes religiones.

Como Afanásieva era ortodoxa y Ehrenfest era judío, ambos decidieron renunciar oficialmente a sus religiones para permanecer casados.