ธิติมา สังขพิทักษ์ เริ่มต้นการแสดงจากการรับบทนำในภาพยนตร์ รักริษยา กับทางครูเล็ก ภัทราวดี มีชูธน ที่เป็นทั้งผู้กำกับและเป็นผู้ชักนำทางการแสดง ได้รับการเสนอชื่อเข้าชิงรางวัลตุ๊กตาทอง สาขานักแสดงนำหญิงยอดเยี่ยม ในปี พ.ศ. 2522 เรื่องต่อมา ภาพยนตร์โศกนาฏกรรม ชั่วฟ้าดินสลาย ร่วมกับ วิฑูรย์ กรุณา ได้รับการเสนอชื่อเข้าชิงรางวัลสุพรรณหงส์ทองคำ สาขานักแสดงนำหญิงยอดเยี่ยม ในปี พ.ศ. 2523 และสาขานักแสดงสนับสนุนหญิงจาก รักประกาศิต จากนั้นรับบทหลากหลายทั้งบทรองหรือบทร้าย ส่วนใหญ่รับบทนางร้าย อาทิ มาหยารัศมี จาก ดาวพระศุกร์, สายใจ จาก มนต์รักลูกทุ่ง, เคลีย จาก สันกำแพง, ต้อม จาก ทัดดาว บุษยา รับภาพยนตร์หลากหลายแนวทั้งดราม่าและคอมมาดี้ และแสดงร่วมกับ สรพงษ์ ชาตรี, ทูน หิรัญทรัพย์, จารุณี สุขสวัสดิ์ และ เนาวรัตน์ ยุกตะนันท์

เริ่มมีผลงานทางจอแก้ว โดยแสดงละครโทรทัศน์เรื่องแรก พิษรัก ทางช่อง 3 ร่วมกับ ชลิต เฟื่องอารมย์ และ ยุรนันท์ ภมรมนตรี และต่อมาคือละคร พระจันทร์หลงเงา ร่วมกับ (นิรุตติ์ ศิริจรรยา, ดิลก ทองวัฒนา กับบทฝาแฝดที่นิสัยต่างกัน ได้รับรางวัลรางวัลเมขลา สาขานักแสดงนำหญิง

จากนั้นจึงรับงานแสดงภาพยนตร์และละครโทรทัศน์ รวมถึงละครเวทีมาเรื่อยๆ และยังเคยเป็นพิธีกรรายการเกมโชว์ ลาภติดเลข คู่กับ ไตรภพ ลิมปพัทธ์[3] และ ชิงหลัก คู่กับ ดิลก ทองวัฒนา สำหรับละครโทรทัศน์ที่แสดงส่วนมากออกอากาศทางช่อง 3 ตั้งแต่รับบทนำ บทรอง บทร้าย บทแม่ [4] ต่อมาได้มีบทบาทเป็นผู้จัดละครร่วมกับ วรายุฑ มิลินทจินดา ผลิตละครโทรทัศน์ทางไทยทีวีสีช่อง 3 และควบคุมบริษัทผลิตละครในนาม บริษัท โนพลอบเบลม จำกัด มีผลงานละครที่เป็นที่นิยมและได้รับรางวัลด้านคุณภาพคือ ผู้ใหญ่ลีกับนางมา[5]

ด้านชีวิตส่วนตัว ได้สมรสกับ พล.ต.ท.คม (ชื่อเดิม คมกฤช)​ อมรปิยะกฤษฐ์ เมื่อประมาณปี พ.ศ. 2537 มีลูกฝาแฝด 2 คน หญิง 1 คน ชาย 1 คน [6]