Elle est née Elizabeth Stamatina Fey à Upper Darby en Pennsylvanie, une banlieue de Philadelphie, dans ce qui était principalement un quartier grec et italien. Elle est la fille de Zenovia "Jeanne" (née Xenakes),, employée de courtage d'origine grecque et Donald Fey, un écrivain en demande de subvention universitaire d'origine allemande et écossaise,. Elle a un frère, Peter, qui a huit ans de plus qu'elle,.
Fey s'est familiarisée très jeune avec l'humour et la comédie. À ce propos, elle déclare : « Je me souviens que j'allais au cinéma avec mes parents pour voir Young Frankenstein. On regardait aussi Saturday Night Live, les Monty Python ou des vieux films des frères Marx. Mon père nous laissait nous coucher tard pour qu'on puisse regarder les Honeymooners. Par contre, on n'avait pas le droit de regarder les Flintstones (Les Pierrafeu), que mon père détestait parce que c'était un plagiat des Honeymooners. J'ai vraiment une connaissance très restreinte des Flintstones pour quelqu'un de mon âge. ».
Elle a aussi grandi en regardant Second City Television (SCTV) et cite Catherine O'Hara comme un modèle.
Après l'école secondaire Upper Darby, elle étudie le théâtre à l'Université de Virginie dont elle sort diplômée en 1992. Puis, elle déménage à Chicago et accepte un emploi dans un YMCA résidentiel afin de pouvoir prendre des cours du soir avec la troupe comique Second City. Elle dit avoir appris alors que la clef de l'improvisation est de « se concentrer entièrement sur son partenaire » et de « prendre ce qu'il vous donne et de l'utiliser pour construire une scène ».
En 1994, elle est invitée à se joindre à The Second City; elle participe également à ImprovOlympic.
Avec l'aide du scénariste en chef de l'époque, Adam McKay, Fey devient scénariste pour l'émission Saturday Night Live (du réseau de télévision NBC) en 1997. En 1999, elle devient la première femme à occuper le poste de scénariste en chef. Elle minimise l'importance de cette promotion en signalant le petit nombre de scénaristes en chef que l'émission a eu depuis ses débuts en 1975. Maintenant co-scénariste en chef, elle gagne un trophée de la Writers Guild of America pour l'émission spéciale du vingt-cinquième anniversaire de SNL. Elle et les autres scénaristes de l'émission remportent un Emmy en 2002 pour leur travail.
Parmi les sketches récurrents écrits par Fey, on retrouve:
- des parodies des émissions Live With Regis and Kelly et The View;
- des parodies de l'émission The Sharon Osbourne Show, écrites avec Amy Poehler;
- The Girl with No Gaydar, écrit avec Rachel Dratch;
- Boston Teens, écrit avec Rachel Dratch.
Elle a aussi participé à l'écriture des sketchs suivants:
- Colonel Angus, joué par Christopher Walken et rempli de jeux de mots avec le nom du colonel;
- Mom Jeans, une parodie de publicité;
- Talkin 'Bout 'Ginas, une parodie des Monologues du vagin.
En septembre 2008, la production de l'émission Saturday Night Live convainc Tina Fey de revenir. Elle participe à l'émission pour parodier la candidate républicaine à la vice-présidence des États-Unis Sarah Palin. Ses parodies relancent la popularité de l'émission en perte de vitesse.
En 2000, Fey et Jimmy Fallon deviennent les co-animateurs du numéro Weekend Update, une parodie de bulletin d'information. En 2004 Fallon quitte l'émission et est remplacé par Amy Poehler.
Le rôle principal de Fey dans ce numéro est comme comédienne, mais elle contribue aussi à son écriture. Elle est reconnue pour ses lunettes, qu'elle affirme ne porter que pour aider à la lecture du prompteur.
Fey s'associe avec sa collègue de SNL Rachel Dratch pour présenter le spectacle Dratch & Fey au théâtre Upright Citizens Bridage à New York, au U.S. Comedy Arts Festival à Aspen au Colorado et au Chicago Improv Festival. Ce spectacle est bien accueilli par la critique. Lorne Michaels, producteur de SNL, la voit jouer dans ce spectacle et cela l'amène à l'embaucher comme co-animatrice de Weekend Update.
Fey a aussi participé à Martin & Orloff, une comédie surréelle dont la première a eu lieu au festival South by Southwest à Austin (Texas) au Texas.
Elle a écrit et joué dans le film Mean Girls en 2004. Les personnages et les comportements dans ce film sont basés sur la vie de Fey à l'école secondaire Upper Darby High School et sur le livre Queen Bees and Wannabes: Helping Your Daughter Survive Cliques, Gossip, Boyfriends, and Other Realities of Adolescence (ISBN 0609609459) par Rosalind Wiseman. La distribution inclut certains comédiens présents ou passés de SNL, dont Tim Meadows, Ana Gasteyer et Amy Poehler.
Elle a également joué son propre rôle dans
Man of the Year, au côté de Robin Williams et The Invention of Lying, premier film réalisé par Ricky Gervais, dans lequel elle incarne la secrétaire d'un scénariste (incarné par Gervais).
En 2009, elle a tourné un film avec Steve Carell : Crazy Night (titre original : Date Night), sorti aux États-Unis le 9 avril 2010, qui a remporté un succès avec 152 millions de dollars de recettes mondiales.
Elle joue dans sa sitcom 30 Rock, qui présente la vie dans une société de production de NBC, qui produit l'émission TGS with Tracy Jordan. Parmi les acteurs de cette sitcom, on peut citer Alec Baldwin ou Jane Krakowski.
En 2008, lors des 60ème Emmy Awards, Tina Fey remporte les "Emmy" de la meilleure actrice dans une comédie et du meilleur scénario pour la série 30 Rock ; la série remporte également l'Emmy de la meilleure série comique et Alec Baldwin l'Emmy du meilleur acteur dans une comédie.
Elle vit depuis 1997 à New York avec le compositeur Jeff Richmond. Elle est maman d'une petite Alice Zenobia Richmond née le 10 septembre 2005.