Le TATУ nascono tra il 1998 e il 1999 quando Ivan Shapovalov, psicologo e creativo pubblicitario, e Alexander Voitinskyi, compositore e collaboratore di Shapovalov, ascoltano in una lunga audizione svariate decine di giovanissime cantanti per un nuovo progetto musicale.
Viene selezionata Elena (Lena) Sergeevna Katina, quattordici anni, allieva di un noto gruppo-scuola di canto di Mosca, il Neposedi. Qualche mese dopo viene chiamata anche Yulia Olegovna Volkova, un anno più giovane di Lena e anche lei proveniente dal Neposedi.
Alle due ragazze viene affidata una canzone scritta da un giovanissimo Dj e compositore di Mosca, Sergio Galoyan che ha adattato su una sua melodia un testo abbozzato dalla fidanzata di Shapovalov, Elena Kiper. Il testo narra il conflitto psicologico di una adolescente che si rende conto di essersi innamorata di una sua coetanea. E' nata Ya Soshla S Uma ("Ho perso la testa"), la canzone che, anche con la sua traduzione in inglese All The Things She Said renderà di lì a poco Lena e Yulia famose in tutto il mondo.
Il nome scelto per il duo, rifacendosi alla storia narrata nella canzone, è TATУ [pronuncia ta'tu] unione dei pronomi femminili TA ("questa" al nominativo ) e TУ ("quella" all'accusativo) che simboleggiano "questa (ragazza) [fa qualcosa a] quella (ragazza)" e più tardi unanimemente interpretato come "questa ragazza ama quella ragazza".
Il maxi-singolo di Ya Soshla S Uma esce in Russia con l'etichetta indipendente Neformat di proprietà di Rensky e Shapovalov nel mese di dicembre del 2000 e vende già nei primissimi giorni oltre 50.000 copie. Il successo della canzone rende possibile la firma di un contratto con la major discografica Universal, con la quale le TATУ pubblicheranno di lì a poco il loro primo album 200 po Vstrechnoy, destinato a superare i due milioni di copie vendute anche grazie al successo del secondo singolo estratto, Nas Ne Dogonyat.
Seguirà la versione in inglese destinata al mercato internazionale 200 km/h In The Wrong Lane che uscirà nel 2002 e supererà i quattro milioni di copie vendute nel mondo, primo ed unico caso da parte di artisti provenienti dalla Russia. Il nome del gruppo verrà cambiato ufficialmente in t.A.T.u. il 15 agosto del 2002 perché il nome "Tatu" appartiene già ad un gruppo musicale femminile australiano.
Tra il 2002 e il 2003 Yulia e Lena girano l'est con il loro Show Me Love Tour, vengono ospitate in tutte le principali televisioni musicali e talk show mondiali e vincono tre premi come miglior gruppo Pop, miglior duo e miglior gruppo Dance ai World Music Awards (premi che non verranno ritirati).
Sempre nel 2003 le t.A.T.u. partecipano per la Russia all' Eurovision Song Contest con il brano Ne Ver' Ne Bojsja. Nonostante siano le favoritissime si classificano solamente terze a causa dei problemi di voce di Yulia e di un ritardo nel computo dei voti provenienti dall'Irlanda (con i quali avrebbero vinto). A dicembre tengono due maxi-concerti a Tokyo davanti a svariate decine di migliaia di giovani.
Dopo un anno, nel 2005, esce il loro secondo album in inglese Dangerous & Moving prodotto dalla Interscope americana e poco dopo la versione russa Lyudi Invalidy. Le ragazze sono cresciute, non sono più le scolarette del 2000 e lo stile è più maturo e rockeggiante. All'album collaborano grandi firme del Pop, da Sting che suona il basso nel brano Friend Or Foe a Richard Carpenter dei Carpenters, a Dave Stewart degli Eurythmics, a Trevor Horn che curerà la produzione (come già di 200 km/h).
Il successo principale dell'album è All About Us per il quale verrà girato un celebre video con la regia di James Cox.
Tra il 2005 e il 2006 le t.A.T.u. con il loro gruppo formato da Sven Martin (tastiere) Troy MacCubbin (Chitarra), Domen Vajevec (basso) e Steve Wilson (batteria - in precedenza Roman Ratej) girano tutta l'Europa dell'est e non solo, con il loro Dangerous & Moving Tour. Il concerto più famoso resterà quello di San. Pietroburgo nell'aprile del 2006 dal quale verrà tratto il DVD Truth: live in St. Petersbourg.
Nell' autunno del 2006 dopo l'uscita della raccolta The Best le t.A.T.u. rompono il contratto con l'Universal/Interscope e diventano indipendenti con l'etichetta del loro produttore storico Boris Rensky, la T.A. Music.
Nel 2007 mentre lavorano al loro nuovo album, le t.A.T.u. partecipano nel ruolo di sé stesse al film You and I per la regia di Roland Joffé, tratto dal romanzo TATY come back di Mitrofanov-Moiseeva. Le t.A.T.u. incideranno anche la canzone omonima per la colonna sonora del film.
A fine 2007 viene lanciato il video del singolo Beliy Plaschik ancora per la regia di James Cox, che prelude all'uscita dell'album in russo Happy Smiles che verrà rilasciato nel 2008 seguito dalla versione internazionale Waste Management.
Il 28 novembre 2008 le t.A.T.u. vengono premiate da MTV Russia come "MTV Legends" ma il successo al di sotto delle aspettative dei nuovi album, la stanchezza del produttore e la volontà di Yulia e Lena di intraprendere una carriera da soliste porterà rapidamente prima alla sospensione del progetto full-time nel 2009 e poi all'annuncio ufficiale sul periodico Billboard dello scioglimento del gruppo il 4 aprile del 2011.
Occasionalmente le t.A.T.u. torneranno ad esibirsi assieme a partire dal dicembre del 2012 ma nel 2014, dopo aver partecipato alla cerimonia di apertura delle Olimpiadi Invernali di Sochi, un conflitto personale porterà nuovamente Lena e Yulia a decidere di separare le proprie carriere artistiche.