Нонна Викторовна Мордюкова родилась 25 ноября 1925 года в селе Константиновка Украинской ССР.

Ее отец Виктор Константинович Мордюков был военным, а мать Ирина Петровна руководила колхозом.

В одном из интервью Мордюкова описала свою мать как «колхозницу, но человека искусства». «Я вся в нее», — говорила актриса. Ирина Мордюкова выступала с музыкальными номерами на конкурсах самодеятельности. По словам актрисы, у ее матери «альт был необычайной красоты».
В 1950 году Мордюкова стала актрисой Театра-студии киноактера, которая сегодня известна как «Мастерская «12» Никиты Михалкова».
Фильмография Мордюковой насчитывает 50 картин.