Nina Hoss wurde am 7. Juli 1975 in Stuttgart geboren.  Ihr Vater, der Grünen Politiker Willi Hoss und ihre Mutter, die Schauspielerin Heidemarie Rohweder, führten sie schon sehr früh an die Schauspielkunst heran. Bereits mit sieben Jahren nahm Nina Hoss erste Hörspiele auf und als 14jährige stand sie bereits auf einer Theaterbühne. Noch während ihrem Schauspielstudium an der renommierten Berliner Ernst-Busch Schule, begann sie ihre Karriere beim Film. Durch eine Rolle in Joseph Vilsmaiers Drama „Und keiner weint mir nach“ wurde Produzent Bernd Eichinger auf sie aufmerksam. Darauf verkörperte sie 1996 unter seiner Regie in dem TV-Film „Das Mädchen Rosemarie“ die Prostituierte Rosemarie Nitribitt. 9 Millionen Zuschauer verfolgten vor dem TV-Gerät ihre überzeugende Darstellung und bescherten ihrer Karriere dadurch einen Blitzstart. Ihre Studium an der Ernst-Busch Schule schloß sie trotzdem ab und seitdem wechselt sie zwischen Arbeiten für das Theater und den Film.  1998 wurde sie in das Ensemble des Deutschen Theaters in Berlin aufgenommen und konnte dort in Inszenierungen wie Goethes „Tasso“ oder in Lessings „Minna von Barnhelm“ Erfolge feiern. Parallel dazu entstanden Arbeiten für das Fernsehen und das Kino.

Eine zentrale Rolle in ihrem Filmschaffen spielt mittlerweile die Zusammenarbeit mit dem deutschen Autorenfilmer Christian Petzold, der ihren scheinbar unterkühlten Charakter in immer wieder neuen Facetten zum Ausdruck bringt.  2002 stand sie für ihn für den Fernsehfilm „Toter Mann“ das erste mal vor der Kamera. Ein Jahr später folgte die Kinoproduktion „Wolfsburg“. 2006 wurde sie auf der Berlinale für ihre Darstellung der titelgebenden Figur „Yella“ mit dem silbernen Bären ausgezeichnet. Wieder führte Christian Petzold Regie und schrieb auch das Drehbuch.  
Durch kommerzielle Projekte wie Doris Dörries „Nackt“ und dem Afrika-Epos „Die weiße Massai“ ist Nina Hoss auch bei einem breiterem Publikum nachhaltig bekannt. Außerdem verkörperte sie 2005 bei den Salzburger Festspielen die prestigekräftige Rolle der Buhlschaft im "Jedermann".

Privat ist Nina Hoss mit dem Schauspieler Hans-Jochen Wagner liiert, den sie seit ihrer gemeinsamen Zeit and der Schauspielschule kennt.  Außerdem engagiert sie sich politisch für das Bündnis 90/Die Grünene und setzt sich gegen weibliche Genitalverstümmelung ein.