Нонна Николаевна Терентьева родилась в Баку. Мать Нонны играла в Бакинском театре и была единственной русской актрисой, игравшей на азербайджанском языке. Отец был военным. После войны главу семьи направили служить в Румынию. Там Нонна пошла в школу. Через некоторое время семья переехала в Киев. После окончания школы Нонна выбрала театральную судьбу. Она окончила Театральное училище имени Б.В. Щукина (1966). Работала в разных театрах Москвы и Киева, в 1980-1992 годах была актрисой Театра-студии киноактёра. В кино Терентьева начала сниматься с 1963 года. Большую популярность у зрителей принесла ей роль Зои в фильме «Гиперболоид инженера Гарина». В 1966 году, когда Нонна училась на последнем курсе, ее пригласили в фильм Иосифа Хейфица «В городе С.» по рассказу А.Чехова «Ионыч». Фильм Хейфица было решено показать на Каннском кинофестивале вне конкурса. Так Нонна в первый раз попала за рубеж. Красота и естественность актрисы покорили публику и критиков, ее наперебой приглашали на светские рауты. После успеха на Каннском фестивале зарубежные киностудии завалили Терентьеву приглашениями. В зарубежной прессе ее часто называли русской Мэрилин Монро, а иногда сравнивали с Гретой Гарбо. Но в то время советским артистам сниматься за рубежом было не принято… В 1967 году вышла замуж за Бориса Терентьева, отец которого занимал должность в одном из министерств Украинской ССР, затем 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. Личная жизнь Терентьевой была непростой. Ее брак был недолгим и распался вскоре после рождения дочери Ксении. 8 марта 1996 года Нонна Николаевна Терентьева скончалась в Москве от рака, была похоронена на Троекуровском кладбище столицы.