Вперше Нонна Гришаєва знялася в кіно у 5-річному віці - у фільмі «Фотографії на стіні». Свою першу головну роль зіграла в 10 років в Одеському театрі оперети. Навчалася в Одеській балетній школі та музичній школі по класу фортепіано. У 1994 році закінчила Вище театральне училище імені Б. В. Щукіна (курс В.В. Іванова). Тоді вона отримала пропозиції про роботу відразу від трьох московських театрів - «Ленком», «Сатирикон» і театру ім. Вахтангова. З 1994 року Гришаєва працювала в трупі театру імені Вахтангова. Після виходу з театру грає у виставах Театру кіноактора і театру «Квартет І». Працювала діджеєм на радіостанції «Срібний дощ». У 1996 році знялася у фільмі «Перший удар» з Джекі Чаном. Наприкінці 1990-х - на початку 2000-х років брала участь у гумористичній програмі Василя Антонова та Олександра Толоконнікова «Біс». У 2004 році Гришаєва вперше отримала головну роль у виставі «Мадемуазель Нітуш». Цього ж року акторка пробувалася на головну роль у ситкомі «Моя прекрасна няня», але відмовилася від участі на користь «Мадемуазель Нітуш», хоча пізніше все ж була запрошеною зіркою в одному з епізодів, зігравши сестру головної героїні. З 2005 по 2006 рік у неї була роль другого плану в ситкомі Тетяни Догилевої «Люба, діти і завод». Після його закриття отримала роль в іншому ситкомі каналу СТС «Хто в домі господар?». З 31 грудня 2008 по 30 квітня 2013 року виконувала одну з головних ролей у популярному ситкомі СТС «Татові дочки». У 2006 році отримала звання заслуженої артистки Росії.

У 2008 році Нонна Гришаєва стала постійною акторкою трупи «Велика різниця». Потрапити сюди допоміг випадок. За словами Гришаєвої, на одному з концертів їй разом з Олександром Олешком довелося імпровізувати, розважаючи глядачів через запізнення інших артистів. Імпровізація вийшла вдалою. І актори вирішили звернутися до продюсера «Великої різниці» Олександра Цекало, який, не замислюючись, взяв Гришаєву і Олешка в трупу. У 2009 році Нонна Гришаєва спільно зі співаком і композитором Марком Тішманом стала переможницею третього сезону музичного конкурсу Першого каналу «Дві зірки». 3 березня 2010 року представила свою книгу «Поради донькам» у «Московському домі книги». Книга витримала два перевидання, а її загальний тираж склав 25 тисяч примірників. За оцінками журналу «РБК», дохід Гришаєвої від цього проекту міг скласти близько 250 тисяч рублів. У 2011 році озвучила головну героїню американського мультфільму «Червона Шапка проти зла». З 4 вересня 2011 року по 6 січня 2012 року виходило її власне комедійне шоу «Нонна, давай!» на Першому каналі. Також у 2011 році на телеканалі Дождь виконала свою нову пісню «Танго». До цього Нонна вже випускала свої пісні («Знову ніч», «Літня», «Гілка бузку», «Падаю вгору», «Платановий рай», «Comme toi»). 21 липня 2012 року випустила свій перший сольний альбом. У лютому 2012 року розпочався проект «Дві зірки-3», де Нонна Гришаєва стала ведучою спільно з Дмитром Нагієвим.