Нонна Николаевна Терентьева родилась 15 февраля 1942 года 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.

Окончила Театральное училище имени Б.В. Щукина (1966). Работала в разных театрах Москвы и Киева.

В кино с 1963 года. Большую популярность у зрителей принесла актрисе 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». В фильме снимались такие мэтры как Игорь Горбачев, Анатолий Папанов. Но рядом с ними Нонна не выглядела неопытной и робкой.

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 Терентьеву часто называли русской Мэрилин Монро, а иногда сравнивали с Гретой Гарбо. Но в то время советским артистам сниматься за рубежом было не принято…

Между тем, работы в кино было немного, типаж «роковой красавицы» ее не очень устраивал. Нонна работала в театре, ездила с концертами. Когда она выходила на сцену, было ощущение, что это Марлен Дитрих и Мэрилин Монро, вместе взятые. Она пела на английском языке репертуар Эллы Фитцджеральд и Дюка Эллингтона, а когда в конце ее выступления объявляли русскую песню «Калинушка», зал рыдал от восторга.

Личная жизнь была непростой. Ее брак был недолгим, и распался вскоре после рождения дочери Ксении. Её московскими друзьями были известные актёры-интеллектуалы. Мужчины не оставляли её без своего внимания, но она отказывалась от предложений.

Нонна Терентьева писала стихи, сценарии, либретто для рок-оперы. Но ее планам не суждено было сбыться. Она ушла из жизни 8 марта 1996 года от рака.