Нина Александровна Дмитриева родилась в селе Богоявленское (ныне посёлок городского типа Первомайский) Тамбовской губернии. Окончила отделение искусствоведения ИФЛИ (1940), училась у М. А. Алпатова, В. Н. Лазарева и М. А. Лифшица.
После войны окончила аспирантуру отделения истории и теории искусства филологического факультета МГУ. Кандидат искусствоведения (1952).
В 50-е годы сотрудница журнала "Искусство". Затем работала в секторе эстетики Института искусствознания.
Умерла 21 февраля 2003 года в Москве, похоронена на Пятницком кладбище.
В 2003 году, посмертно, Нина Дмитриева была удостоена Государственной премии России — за "Краткую историю искусств".
Труды: Изображение и слово. М., 1962. Краткая история искусства. Очерки. Т. 1 М., 1968. Пикассо. М.,1971. Краткая история искусства. Очерки. Т. 2 М., 1975. Ван Гог. Человек и художник. М., 1980. Михаил Врубель. М., 1984. В поисках гармонии: Искусствоведческие работы разных лет. М., 2009.
