Впервые Нонна Гришаева снялась в кино в 5-летнем возрасте - в фильме «Фотографии на стене». Свою первую главную роль сыграла в 10 лет в Одесском театре оперетты. Училась в Одесской балетной школе и музыкальной школе по классу фортепиано. В 1994 году окончила Высшее театральное училище имени Б. В. Щукина (курс В.В. Иванова). Тогда она получила предложения о работе сразу от трёх московских театров - «Ленком», «Сатирикон» и театра им. Вахтангова. С 1994 года Гришаева работала в труппе театра имени Вахтангова. После ухода из театра играет в спектаклях Театра киноактёра и театра «Квартет И». Работала диджеем на радиостанции «Серебряный дождь». В 1996 году снялась в фильме «Первый удар» с Джеки Чаном. В конце 1990-х - начале 2000-х годов принимала участие в юмористической программе Василия Антонова и Александра Толоконникова «Бис». В 2004 году Гришаева впервые получила главную роль в спектакле «Мадемуазель Нитуш». В этом же году актриса пробовалась на главную роль в ситкоме «Моя прекрасная няня», но отказалась от участия в пользу «Мадемуазели Нитуш», хотя позже всё же была приглашённой звездой в одном из эпизодов, сыграв сестру главной героини. С 2005 по 2006 год у неё была роль второго плана в ситкоме Татьяны Догилевой «Люба, дети и завод». После его закрытия получила роль в другом ситкоме канала СТС «Кто в доме хозяин?». С 31 декабря 2008 по 30 апреля 2013 года исполняла одну из главных ролей в популярном ситкоме СТС «Папины дочки». В 2006 году получила звание заслуженной артистки России. В 2008 году Нонна Гришаева стала постоянной актрисой труппы «Большой разницы». Попасть сюда помог случай. По словам Гришаевой, на одном из концертов ей вместе с Александром Олешко пришлось импровизировать, развлекая зрителей из-за опоздания других артистов. Импровизация получилась удачной. И актёры решили обратиться к продюсеру «Большой разницы» Александру Цекало, который, не задумываясь, взял Гришаеву и Олешко в труппу. В 2009 году Нонна Гришаева совместно с певцом и композитором Марком Тишманом стала победительницей третьего сезона музыкального конкурса Первого канала «Две звезды». 3 марта 2010 года представила свою книгу «Советы дочкам» в «Московском доме книги». Книга выдержала два переиздания, а её общий тираж составил 25 тысяч экземпляров. По оценкам журнала «РБК», доход Гришаевой от этого проекта мог составить около 250 тысяч рублей. В 2011 году озвучила главную героиню американского мультфильма «Красная Шапка против зла». С 4 сентября 2011 года по 6 января 2012 года выходило её собственное комедийное шоу «Нонна, давай!» на Первом канале. Также в 2011 году на телеканале Дождь исполнила свою новую песню «Танго». До этого Нонна уже выпускала свои песни («Снова ночь», «Летняя», «Ветка сирени», «Падаю вверх», «Платановый рай», «Comme toi»). 21 июля 2012 года выпустила свой первый сольный альбом. В феврале 2012 года начался проект «Две звезды-3», где Нонна Гришаева стала ведущей совместно с Дмитрием Нагиевым.