Нина Афанасьевна Сазонова родилась 7 января 1917 года в селе Константиново, Александровского уезда, Владимирской губернии.
В шестнадцать лет Нина Сазонова поступила в студию при Центральном театре Красной армии. В 1938 году окончила обучение. Ее сразу же приняли на работу в Центральный театр Красной армии. На сцене этого театра она сыграла немало интересных ролей. В спектакле «Лев Гурыч Синичкин» Нина Сазонова сыграла свою первую роль.
После начала Великой Отечественной войны Н. Сазонова вместе с бригадой театра отправилась на фронт, выступала в воинских частях, в госпиталях, на передовой. Во время битвы за Москву Н. Сазонова выступала во всех передовых частях.
После окончания войны продолжила работать в театре Советской Армии, в конце 1950-х годов начала активно сниматься в кино. Впервые актриса появилась на экранах, когда ей было уже за сорок лет. В 1958 году она сыграла Степаниду в драме «Поэма о море». В период с 1960 по 1963 гг. вышло несколько картин с ее участием. Фильмы, принесшие ей всесоюзную известность, вышли после 1963 года. К их числу можно отнести такие картины, как «Живет такой парень», «Наш дом», «Женщины», «Рано утром», «Повесть пламенных лет», «Простая история», «День за днём» (телесериал), «Зигзаг удачи».
Скончалась Нина Афанасьевна в 2004 году в Москве.