Нина Гернет родилась семье химика Владимира Александровича Гернет (1870—1929) и его жены Елены Алексеевны Жеребко-Ротмистренко (1864—1937). С детства отличалась неуёмной фантазией, рассказывая соседским детям страшные сказки. В гимназии она одна получала пятёрки у словесника, который считал, что женщины неспособны к литературе, и только для Гернет делал исключение.
Детство прошло в Одессе на Княжеской улице, 12 (впоследствии она напишет повесть «Дети с Княжеской», доныне не опубликованную), а летом семья жила на 13-й станции Большого Фонтана, у самого моря. На всю жизнь сохранила Нина Гернет любовь к морю, и возвращалась к нему при каждой возможности.
В спортивном обществе «Сокол» Нина занималась гимнастикой, что потом помогло ей в молодости зарабатывать на жизнь учителем физкультуры, а к старости сохранить здоровое сердце и стройную фигуру. В 1921 году её мобилизовали на военную службу инструктором: обучать новобранцев, дежурить в коллекторе для дефективных детей и тому подобное.
Первой серьёзной литературной школой было участие Нины Гернет в ныне знаменитом «Коллективе поэтов», где, кстати, были одобрены и её стихи — как она вспоминала, «погладили по головке». Общение с такими талантами, как Ильф, Багрицкий, Олеша заложило основы её литературного вкуса, любовь к чёткости и образности языка и строгость к себе.
В трудные послереволюционные годы преподавала гимнастику в школах. Выйдя замуж и переехав в Ленинград, также преподавала физкультуру в школе, одновременно занимаясь в Институте Сценических Искусств. Окончив режиссёрский факультет, была направлена на Ижорский завод руководителем агитбригады, ставила «живую газету» — и писала очерк о людях и делах завода. Очерк был сразу принят «Молодой Гвардией» и издан отдельной книжкой «Тринадцатый в мире», а Нина Гернет привлекла внимание С. Я. Маршака, создававшего детскую литературу. Он оценил талант автора и предложил ей написать книгу для детей.
Обучение искусству литературы для детей в суровой школе Маршака было нелегко, но дало хорошие плоды. Повесть «Три палатки» вышла в 1933 году тиражом 50000. Этого оказалось мало, и понадобилось второе издание, которое вышло в следующем году.
Тем временем Нине Владимировне предложили заведовать редакцией журнала для дошкольников и младших школьников «Чиж». В журнале сотрудничали замечательные писатели и художники: Е. Шварц, Д. Хармс, Б. Житков, В. Бианки, Е. Чарушин, В. Конашевич и другие, и в редакции создалась фантастическая творческая атмосфера, где от малейшей искры шла цепная реакция выдумок, розыгрышей, стихов, рисунков… А «поджигательницей», по свидетельству Эстер Паперной, чаще всего оказывалась именно одесситка Нина Гернет. Самое трудное было направить эту вольную стихию в нужном для журнала направлении. Но у Гернет это получалось, и «Чиж» был в то время лучшим детским журналом в мире.
Аресты и увольнения 1937 года, разгром маршаковского Детгиза покончили с этой роскошью. Была уволена и Гернет. С её подачи в бедном «Чиже» появилась «Красная Шапочка» — журнал в журнале, вкладной лист, из которого ребёнок, сложив и сшив его, сам мог сделать себе маленький журнальчик. Для него создалась полуподпольная «редколлегия», где собирались уцелевшие выдумщики. Там удавалось сохранить кусочек былой легендарной атмосферы творчества — до самой войны.
Ещё с 1929 года Гернет вела уроки драматургии в Доме Художественного Воспитания Детей, писала сценки и пьески, а в 1935 году попробовала силы в кукольном театре. Пьеса «Гусёнок», созданная вместе с Т. Гуревич, оказалась удачной, она разлетелась по всему миру и идёт до сих пор. А Гернет увлеклась кукольной драматургией. Она видела, сколько радости доставляют куклы детям, и сделала кукольную драматургию своей профессией. Начиная с «Волшебной лампы Аладдина», все пьесы Гернет «обкатывались» прежде всего в театре С. В. Образцова. Более чем 30-летнее содружество с этим коллективом дало пьесам Гернет успех и долгую жизнь. Сам Образцов, а за ним и другие режиссёры признали пьесы Нины Гернет классикой кукольной драматургии.
В 1967 году на фестивале в Чехословакии пьеса Н. Гернет «Сказка о маленьком Каплике» получила 4 премии из семи. В 1971 году высшая награда чехословацких кукольников — золотая медаль имени Йозефа Скупы — впервые была присуждена иностранному автору — Нине Гернет. В 1980 году ХІІI Всемирный Конгресс УНИМА (международного союза деятелей кукольного театра) избрал Нину Владимировну Гернет своим почётным членом — редчайшее отличие для драматургов.
Когда Нина Гернет узнала, что в одном из северных лагерей заключённые устроили кукольный театр, она стала помогать этому театру — посылала книги и другие пособия, материалы для кукол и ширмы, пьесы, в том числе рукописи своих пьес — прежде, чем они публиковались на воле. С руководительницей театра Тамарой Цулукидзе с тех пор завязалась дружба на всю жизнь.
Также подружилась она с кукольниками японского театра «Карабас» (Токио) и его руководителями, супругами Оои — Кадзуо и Хироко. Гернет-сан подарила Оои-сан несколько своих пьес, которые Кадзуо перевёл на японский, и они быстро распространились по Японии в добавление к уже шедшим в Японии пьесам Гернет. Сборник пьес Н. Гернет, вышедший в СССР в 1975 году, был также переведён ими. Книга вышла на японском языке в начале 1981 года.
Нина Гернет умерла после долгой болезни 1 апреля 1982 года.