Нина Дорошина родилась в пригороде Москвы, городе Лосиноостровске. Первый фильм с ее участием вышел на экраны в 1955 году, это была мелодрама Михаила Калатозова «Первый эшелон».
Дорошина окончила Щукинское театральное училище и попала в театр-студию при «Мосфильме». Снялась в фильмах «Безумный день», «Человек родился», «Неповторимая весна», «Люди на мосту». Но театр ей был ближе, чем кино.
После вуза Дорошина дебютировала в театре «Современник» в спектакле «В поисках радости». В «Современнике» она играла более 60 лет.