Родилась в Курске, здесь окончила школу.
Увлекалась спортивной гимнастикой, получила звание мастер спорта СССР по этому виду спорту.
В 1947 г. начала заниматься прыжками в воду под руководством С. Ефимовой. Вошла в состав сборной СССР и стала участницей Олимпийских игр в Хельсинки (1952) и Мельбурне (1956), где заняла соответственно 6 и 5 место в прыжках с 10 метровой вышки.
В 1954 г. на дебютном для спортсменов СССР Чемпионате Европы по водным видам спорта в Турине (Италия) выиграла золотую медаль в прыжках с вышки.
Петрухина — первая советская спортсменка, ставшая чемпионкой Европы в этой дисциплине.
С 1956 г. завершила свою спортивную карьеру и перешла к тренерской деятельности.
На протяжении многих лет работая в ДЮСШ спортивного общества «Спартак» .
С 1958 г. — тренер в сборной СССР. В этом качестве участвовала а Олимпийских играх 1960, 1964, 1968, 1972, 1980, 1992 гг.
Подготовила олимпийского чемпиона В. Васина (трамплин, 1972), призеров Олимпийских игр: Н. Крутова (трамплин, 1960), Н. Тимошинина (вышка, 1968), Е. Мирошина (вышка, 1992).
Скончалась в Москве, похоронена на Николо-Архангельском кладбище.
С 2009 г. в Москве проходят всероссийские соревнования памяти Т. Петрухиной по прыжкам в воду.
Ист: Штейнбах В.Л. Большая олимпийская энциклопедия: В 2 т. — М.: Олимпия Пресс, 2006.