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Garbin begann im Alter von drei Jahren Tennis zu spielen. Sie bevorzugte Sand- und Hartplätze.
1993 nahm sie erstmals an einem internationalen Turnier teil, 1996 begann sie ihre Profi-Karriere. Ab dem Jahr 2000 gehörte sie bis zu ihrem Rückzug 2011 zu den Top 100 der WTA-Weltrangliste. Am 21. Mai 2007 erreichte sie mit Platz 22 ihre höchste Notierung; im Doppel war sie 2001 vorübergehend auf Position 25 vorgestoßen. In ihrer Karriere gewann Garbin im Einzel ein WTA-Turnier und im Doppel jeweils elf WTA- und ITF-Titel. Dabei kamen insgesamt mehr als 2,6 Mio. US-Dollar an Preisgeldern zusammen.
Einen ihrer spektakulärsten Erfolge erzielte sie 2004 bei den French Open, als sie die damalige Weltranglistenerste Justine Henin schlug. Garbin gehörte 2000 und 2004 zum italienischen Olympia-Team und trat für ihr Land auch mehrmals im Fed Cup an. 2007 konnte sie bei den French Open erstmals das Achtelfinale eines Grand-Slam-Turniers erreichen. In Wimbledon stieß sie 2009 im Doppel mit ihrer Partnerin Kristina Barrois erstmals ins Viertelfinale vor und wurde auch in dieser Kategorie wieder unter den Top 100 notiert. Im Januar 2011 erklärte sie nach den Australian Open ihre Karriere als Turnierspielerin für beendet.
Tathiana Garbin spielte mehrere Jahre in der deutschen Tennis-Bundesliga. 2004 wurde sie mit dem TC Moers 08 und 2008 mit dem TC Zamek Benrath Deutsche Mannschaftsmeisterin. In der Saison 2006 spielte sie für den TC Benrath, mit dem sie Deutscher Vizemeister wurde.