Tamara Rojo débute sa carrière de ballerine avec le Ballet de Madrid sous la direction de Victor Ullate. En 1994, elle remporte la médaille d’or du concours international de danse de Paris, attribué par un jury composé des plus grandes figures du ballet, dont Natalia Makarova, Vladimir Vassiliev et Galina Samsova. Sa carrière prend dès lors un nouvel essor et elle est invitée à intégrer le Scottish National Ballet.

Elle quitte le Scottish National Ballet en 1997 pour l’English National Ballet. Six mois plus tard, elle est promue danseuse Étoile et interprète tous les rôles principaux de la compagnie. Sidéré par son talent, Derek Deane, alors directeur artistique de l’English National Ballet, crée pour elle les rôles de Juliette dans Roméo et Juliette et de Clara dans Casse-Noisette. Après son interprétation de Clara durant laquelle elle pulvérise les records d’audience au London Coliseum, elle est nommée « Danseuse révélation de l’année 1997 » par le Times.

En 2000, après avoir reçu le prix de la critique ainsi que celui du public, elle est invitée par Sir Anthony Dowell à intégrer le Royal Ballet de Londres en tant que danseuse Étoile où elle danse durant 12 ans.

En 2012, elle est nommée directrice artistique de l’English National Ballet et conjugue ce rôle avec celui de danseuse Étoile de la compagnie. En moins de dix ans, elle élève le niveau technique et artistique de la troupe britannique.

Sa créativité et son talent ont été salués par de nombreuses récompenses. Elle a notamment reçu le Laurence Olivier Award 2010 de la meilleure nouvelle production de danse ; les trois plus hautes distinctions d'Espagne, le prix du Prince des Asturies, la médaille d'or des beaux-arts; un Benois de la Danse ; un Critics' Circle National Dance Award ; un Barclay's Outstanding Achievement in Dance Award ; un Positano Dance Award ; un Leonide Massine Premio al Valore ; un Italian Critic's Award ainsi la Médaille internationale des arts et le Prix d'interprétation de la ville de Madrid.

Elle est membre du conseil d'administration de la Creative Industries Federation, de l'Anglo-Spanish Society, mécène de l'Académie DanceEast basée à Ipswich, mécène des Flamingo Chicks et conseillère auprès du Conseil supérieur des études artistiques d'Espagne. En janvier 2016, Tamara Rojo obtient un Doctorat en art, avec mention très bien, en présentant sa thèse intitulée "Profil psychologique du danseur d'élite - Caractéristiques professionnelles du danseur professionnel" à l'Université Rey Juan Carlos. Elle reçoit également le Certificat de l'Ordre de l'Empire britannique pour services rendus au ballet dans le cadre du Nouvel An de la Reine en 2016.

Fin 2022, elle prendra la direction artistique du San Francisco Ballet.