Nora Arnezeder 1989. május 8-án született Párizsban. Édesapja Wolfgang osztrák katolikus, édesanyja Piera pedig egyiptomi zsidó vallású. Két éves volt Nora amikor szüleivel Párizsból Aix-en-Provence-be költözött. 14 évesen egy évre Balira költözött.

Első szerepét 2006-ban kapta a Commissaire Valence című sorozat egy epizódjában, majd a következő évben feltűnt a Párizsi helyszínelők szintén egy részében, itt Tatiana Goulianova-t alakította. Még 2007-ben kapta első filmszerepeit A gimista nagyapa és a A birodalom visszavár-ban.

2008-ban a Külvárosi mulató című musicalben kapott jelentősebb szerepet, majd kis kihagyás után 2011-ben tűnt fel újra a Xanadu drámasorozatban.

2012-ben Dennis Quaid, Jeremy Irons, Zoe Saldana és Bradley Cooper mellett kapott egy kisebb szerepet a Lopott szavak-ban, Denzel Washington és Ryan Reynolds oldalán szerepelt a Védhetetlen-ben, illetve megkapta első főszerepét Franck Khalfoun thrillerében a Maniac-ban.

2013-ban az Angélique történelmi filmben alakította a főszerepet. 2014-ben a Mozart in the Jungle című sorozat néhány epizódjában alakította Anna Maria-t. 2015-ben mutatta be a CBS új sorozatát a Zoo-t, melynek Nora az egyik főszereplője Kristen Connolly, Billy Burke és James Wolk mellett.