Жермена Тильон родилась 30 мая 1907 года во Франции. Став антропологом, Тильон занялась исследованием Алжира. В 1934-1940 годах она изучала жизнь берберских племен, совершив четыре больших путешествия по стране верхом.
Во время второй мировой войны активно участвовала в борьбе с фашизмом. Она возглавляла парижскую сеть антифашистов, «Группу работников Музея человека», которая занималась сбором информации о немецких войсках, а также переправляла в зону, которая не была оккупирована немцами, беглых пленных.
В 1942 году Жермена Тильон была арестована, а затем депортирована в лагерь смерти Равенсбрюк. Вместе с Тильон в лагерь была направлена и ее мать, которая позже погибла в газовой камере. После победы Тильон выпустила целый ряд исторических исследований о войне и предвоенном периоде в Европе.
По окончании второй мировой войны Тильон вернулась в Алжир. Здесь она по просьбе французского правительства являлась посредником между враждующими сторонами на протяжении семилетней войны против французского правления вплоть до объявления независимости Алжира в 1962 году. Она создала в стране центры помощи беженцам, а в 1957 году, во время самой острой фазы противостояния, проведя секретные переговоры с командованием повстанцев, добилась прекращения огня.
Тильон занималась политической деятельностью, в том числе требовала от французского государства оказывать помощь Алжиру в борьбе с нищетой и отсталостью. Написала две автобиографические книги, однако основным ее наследием являются работы, посвященные положению женщин в мусульманских странах. Она впервые рассказала европейским читателям о так называемых «преступлениях чести» - убийстве женщин, совершаемых членами их семей за отступление от норм патриархального общества.
За свою деятельность в годы войны Жермена была награждена множеством орденов и медалей. Тильон входила в пятерку французских женщин, удостоенных высшей степени Ордена почетного легиона - креста и перевязи.
Жермена Тильон скончался 18 апреля 2008 года в городе Сен-Манде, Франция.