Nata a Parigi, Tania era una delle quattro figlie di Vladimir de Poliakoff e di Militza Envald, due russi bianchi rifugiati in Francia a causa della rivoluzione. Suo padre era cantante d'opera, la madre era una étoile della danza. Tutte e quattro le sorelle Poliakoff seguirono la carriera artistica. Tania prese lo pseudonimo di Odile Versois, Olga, la maggiore (1928-2009), quello di Olga Varen, Militza (1932-1988) quello di Hélène Vallier. Catherine Marina, la più giovane, nata nel 1938, sarebbe diventata una delle più note attrici francesi con il nome di Marina Vlady.
Tania, interessata al teatro e al cinema, fece il suo debutto cinematografico a diciotto anni con il regista Roger Leenhardt, che era rimasto colpito dalla sua bellezza. Lei spinse a fare l'attrice anche la sorellina Catherine Marina - che all'epoca aveva dodici anni - e insieme girano Orage d'été. Lavorò in Francia e in Italia dove fu protagonista, nel ruolo di Francesca a fianco di Armando Francioli, nel film di Raffaello MatarazzoPaolo e Francesca. Negli anni cinquanta, Odile Versois interpretò diversi film britannici. Il suo nome diventò noto a livello europeo e prese parte anche a svariate co-produzioni, tra cui l'avventuroso Cartouche, che aveva come protagonisti Jean-Paul Belmondo e Claudia Cardinale.
Sposatasi con l'attore Jacques Dacqmine, divorzia da lui e sposa, nel 1953, il conte Francesco Pozzo di Borgo. Dal matrimonio, nasceranno quattro figli.
