Родилась в Нью-Йорке в семье актрисы и торговца автомобилями, вскоре после рождения её родители развелись. Детство провела в Мэриленде, воспитывалась родными тётей и дядей, в то время как мать перемещалась по стране в поисках работы. Вскоре мать вышла замуж за известного нейрохирурга Лойала Дэвиса, после чего Нэнси вместе с родителями переехала в Чикаго, где окончила среднюю школу. С детства близкие называли её Нэнси, и когда в 1935 году отчим официально её удочерил, она стала носить его фамилию Дэвис и имя Нэнси, став Нэнси Дэвис; под этим именем она снималась в кино и сохранила его и после замужества. С 1939 год по 1943 обучалась в колледже в Массачусетсе, получила специализацию по английской драме.
В 1940—1950-х годах сыграла несколько главных ролей в Голливуде. Всего снялась в 11 фильмах, во время актёрской карьеры использовала псевдоним Нэнси Дэвис, сохранив это имя на всю жизнь. В 1952 году, 6 марта, вышла замуж за будущего президента США Рональда Рейгана, в то время он был президентом гильдии актёров. Для Рональда Рейгана это был второй брак, от первого брака у него уже было двое детей.
Всего у Нэнси Рейган и Рональда Рейгана родилось двое детей, 21 октября 1952 года у них появилась Патрисия Анна Рейган (более известна под своим экранным псевдонимом Пэтти Дэвис. Сына, Рональда Прескотта Рейгана, Нэнси Рейган родила 20 мая 1958 года. Отношения с детьми у Нэнси Рейган складывались очень сложно, особенно напряжёнными отношения были с дочерью, которой консервативные взгляды её родителей, республиканцев, были чужды. Пэтти Дэвис написала много антирейгановских книг, присоединялась к антиправительственным движениям.
Нэнси Рейган известна также как Первая леди Калифорнии во время губернаторства её мужа. Хоть она и подвергалась критике (в частности за строительство новой губернаторской резиденции), в целом у жителей штата осталось о ней хорошее впечатление.
После принятия Рональдом Рейганом решения о баллотировании в президенты в 1976 году Нэнси изначально была против решения мужа, считая, что президентская кампания сильно повлияет на их семейные отношения, но в результате активно помогала мужу. Во время президентской кампании контролировала многие процессы, организовывала пресс-конференции, следила за персоналом. Несмотря на это, первую свою кампанию Рейган проиграл на предварительном этапе другому кандидату от республиканской партии Джеральду Форду. В следующей кампании в 1980 году Рональд Рейган одержал победу, став президентом США. Эксперты считают, что один из основных вкладов в победу мужа внесла Нэнси, определяя её роль в этой кампании как очень значительную.
Во время президентства мужа выполняла обычные обязанности первой леди, наиболее известна развёрнутая ею кампания по борьбе с наркотиками «Скажи нет» (англ. Just Say No), за эту кампанию подвергалась критике из-за большого расходования государственных средств. После второго президентства мужа расширила кампанию до международного масштаба, привлекая к работе Первых леди других государств.
Во время холодной войны часто встречалась с Первой леди СССР Раисой Максимовной Горбачёвой, в отличие от мужей близких и доверительных отношений у них не возникло. Нэнси Рейган посчитала Раису Максимовну сложной в общении. По свидетельству советских очевидцев, Нэнси Рейган раздражало знание Раисой Максимовной истории США и архитектуры Белого дома, поскольку та часто перебивала её во время экскурсии по Белому дому.
После окончания президентского срока Рональда Рейгана Нэнси с мужем переехали жить в Калифорнию. В 1989 году Нэнси Рейган основала благотворительный фонд собственного имени.
В 1994 году Рональду Рейгану был поставлен диагноз — болезнь Альцгеймера, после этого Нэнси Рейган посвятила себя уходу за мужем.
После кончины Рональда Рейгана занимается общественной работой, поддерживает исследования в области стволовых клеток для помощи больным болезнью Альцгеймера.
В 2000 году награждена высшей наградой США Золотой медалью Конгресса.
В 2011 году согласно социологическим опросам, признана самой популярной в США "Первой Леди" этой страны .