Народная артистка СССР.
Лауреат Сталинской премии первой степени.
Полное имя — Ноябрина, родилась в селе Константиновка, ныне город в Донецкой области. Детство провела в селе Глафировка Краснодарского края, где её мать Ирина Петровна работала председателем колхоза. Отец, Виктор Константинович, был военным. Кроме Нонны, в семье было ещё 2 брата и 3 сестры.
С детских лет она мечтала сниматься в кино. В оккупации в Краснодарском крае, на хуторе Труболет (Новоурупский) ей приходилось скрываться от гитлеровцев, чтобы избежать отправки на принудительные работы в Германию. В 1944 году уехала с матерью в Ейск.
В 1945 году поступила во ВГИК, в актёрскую мастерскую Бориса Бибикова и Ольги Пыжовой.
В 1950—1991 — актриса Театра-студии киноактёра.
В 1948 году дебютировала в роли Ульяны Громовой в фильме кинорежиссёра С. А. Герасимова «Молодая гвардия».
За всё время своей творческой карьеры снялась в 62 фильмах.
Вечером 6 июля 2008 года на 83-м году жизни Нонна Викторовна скончалась.