Тиаки Мукаи родилась в городе Татебаяси, окончила среднюю школу в Токио, в 1977 году получила степень доктора медицины в университете Кэйо. В 1985 году Тиаки Мукаи прошла отбор в качестве одного из кандидатов в астронавты первого набора агентства NASDA. К этому времени она, проработав врачом-ординатором в различных больницах занимала должность помощника заведующего кафедры кардиохирургии в госпитале университета Кэйо. Однако из-за катастрофы «Челленджера» её первый полёт произошёл позже намеченного. Тиаки продолжила образование и в 1988 году получила степень доктора по физиологии в том же университете Кэйо, а на следующий год получила сертификат кардиохирурга.