В 1937 г. поступила в Ивановский медицинский институт и с отличием окончила его 29 декабря 1941 г. После окончания войны вместе с мужем, направленным для службы в Забайкальский военный округ, приехала в Читу. Работала в Областной больнице им. В.И. Ленина ординатором лор-отделения. Три года совмещала эту работу с должностью ассистента кафедры Читинского медицинского института. В 1965 г. назначена заведующей отоларингологическим Областной больницы им. В.И. Ленина. Работая в отделении, Нина Николаевна занималась научными исследованиями
в области заболеваний уха. Разработала и предложила оригинальный метод терапии гнойных отитов, осложненных холестеотомой. Н.Н. Тихомирова была прекрасным врачом-оториноларингологом и педагогом. Она воспитала не одно
поколение врачей, которые работают не только в Чите и районах области, но и за её пределами.