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.

Сразу же после окончания института была мобилизована и направлена в распоряжение Главного медицинского управления г. Москвы, где получила назначение в действующую армию на Брянский фронт в 149 дивизию, 558
стрелковый полк младшим врачом в пункт медицинской помощи. Служила в эвакуационном госпитале № 2386 Для дальнейшего прохождения военной службы была направлена во фронтовой эвакогоспиталь № 2751 Западного,
позднее 2-ой Белорусский фронт старшим ординатором хирургического отделения. Госпиталь прошел путь от Калуги через Могилев, Замбров, Белосток до Восточной Пруссии. Уволена в запас в декабре 1945 г.

Награждена орденами Красной Звезды и Отечественной войны II-й степени, медалями «3а боевые заслуги», «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941–1945 гг.», медалью Жукова.