Тіакі Мукаї народилася в місті Татебаясі, закінчила середню школу в Токіо, в 1977 році отримала ступінь доктора медицини в університеті Кейо. У 1985 році Тіакі Мукаї пройшла відбір в якості одного з кандидатів в астронавти першого набору агентства NASDA. До цього часу вона, пропрацювавши лікарем-ординатором в різних лікарнях займала посаду помічника завідувача кафедри кардіохірургії в госпіталі університету Кейо. Однак через катастрофу «Челленджера» її перший політ відбувся пізніше наміченого. Тіакі продовжила освіту і в 1988 році отримала ступінь доктора з фізіології в тому ж університеті Кейо, а наступного року отримала сертифікат кардіохірурга.