Родилась в семье военного — Николая Самсоновича Новосядлова (1918—2010) и театральной актрисы — Антонины Фёдоровны Новосядловой (1922—2005). В семье было две дочери: Нонна и Ниалина. После Великой Отечественной войны семья переехала по месту службы отца в Румынию, затем в Киев.

По окончании средней школы в 1959 году в Ростове-на-Дону поступила на режиссёрское отделение Харьковского института культуры, а затем перевелась в Киевский театральный институт имени И. К. Карпенко-Карого, но в дальнейшем ушла и из него и поступила в московское Театральное училище имени Бориса Щукина, которое окончила в 1966 году.

В 1966—1967 годах работала в Московском драматическом театре имени К. С. Станиславского. Успешно снималась в кино. Сделанный в 1967 году фотопортрет актрисы Нонны Терентьевой работы фотографа Василия Малышева получил первое место на фотовыставке ЮНЕСКО в Париже.

В 1967 году вышла замуж за Бориса Терентьева, аспиранта института им. Е.О. Патона, и вернулась в Киев.

С 1967 по 1971 год работала в Киевском Театре русской драмы имени Леси Украинки.

В 1971 году после развода вернулась в Москву. В 1971—1972 годах работала в Центральном академическом театре Советской армии, затем с 1973 по 1980 год — в Московском драматическом театре имени Н. В. Гоголя. С 1980 по 1992 год — актриса Театра-студии киноактёра.

Умерла 8 марта 1996 года в Москве на 55-м году жизни от рака груди.

Похоронена в Москве на Троекуровском кладбище (10-й участок, 1-й ряд).