Après des débuts comme mannequin, Tanya Roberts débute sa carrière de comédienne sur les planches, au début des années 70. Pour le grand écran, l'un de ses premiers rôles est devant la caméra de James Toback, pour Mélodie pour un tueur. Mais c'est en 1980 qu'elle connaît véritablement le succès avec le rôle de l'"Ange" Julie Rogers dans la cinquième et dernière saison de la série culte Drôles de dames.

Après avoir tenu la vedette du film d'aventure Sheena, version féminine de Tarzan par le réalisateur de King Kong et La Tour infernale, Tanya Roberts devient mondialement connue en 1985 avec le rôle de la James Bond girl Stacey Sutton dans Dangereusement vôtre. Un film qui la voit donner la réplique à l'agent 007 Roger Moore mais également à Christopher Walken et Grace Jones.

L'après-James Bond est difficile pour Tanya Roberts, qui s'illustre au sein de plusieurs productions modestes. L'Américaine revient cependant en haut de l'affiche à la fin des années 90, avec le rôle de Midge Pinciotti dans la sitcom That '70s Show. Sa dernière aparition à l'écran date de 2005, avec une prestation au générique de la série Barbershop.