Нонна Викторовна Мордюкова (настоящее имя - Ноябрина) родилась 25 ноября 1925 года в станице Константиновской Донецкой области. После окончания ВГИКа в 1950 году стала актрисой Театра-студии киноактера. Еще студенткой сыграла комсомолку Ульяну Громову в экранизации романа Александра Фадеева "Молодая гвардия". Мордюкова и еще четверо актеров, занятых в этой картине режиссера Сергея Герасимова, в 1949 году получили Сталинскую премию.
Роль Вавиловой в картине Александра Аскольдова "Комиссар" (1967) принесла Мордюковой мировую славу спустя 20 лет после завершения съемок фильма, не разрешенного к показу в СССР до перестройки. После выхода фильма на экраны британский справочник Who is Who включил Мордюкову в число лучших актрис XX века.
Звание народной актрисы СССР Мордюкова получила в 1974 году. В 2000 году она была награждена орденом "За заслуги перед Отечеством" III степени, а в 2005 году, во время торжественной церемонии вручения кинематографической премии "Ника", удостоена награды "За честь и достоинство".
После роли актрисы в фильме Никиты Михалкова "Родня" (1982) появления Мордюковой на экране становятся все более эпизодическими и случайными: актриса одной из первых ощутила исчезновение экранной реальности отечественного кино.