Dobrev Bulgaristan'ın başkenti Sofya'da doğdu ve iki yaşında ailesiyle birlikte Kanada'ya taşındı. İş için Atlanta, Georgia'ya taşınana kadar Toronto,Ontario'da yaşadı. Babası bir bilgisayar uzmanı, annesi ise bir sanatçıdır.[2] Alexander isminde mühendislik okuyan bir ağabeyi vardır.[3] Dobrev, Scarborough,Ontario'da J. B. Tyrrell Sr. Public School'da okudu.Wexford Collegiate School for the Arts'tan mezun olduktan sonra Toronto'da Ryerson University 'de sosyoloji eğitimi almaya başladı ancak 2008'de oyunculuk kariyerini devam ettirme kararı dolayısıyla okulu bıraktı. Sonrasında birçok ünlü yeteneğin keşfedildiği Dean Armstrong Acting School'da eğitim aldı.[2] Nina Dobrev çok genç yaştan itibaren dans, jimnastik, müzik, tiyatro, görsel sanatlar ve oyunculuk alanında gayret ve yetenek gösterdi. Dobrev, Aesthetic Group Gymnastics'de Kanada'yı temsil etmiştir. 2005'te Kopenhag'da gerçekleşen Senior World Championshipse ve Plzeň'de gerçekleşen Junior World Championships e katılmıştır.[4] Dobrev, akıcı bir şekilde Bulgarca, İngilizce ve Fransızca konuşabiliyor.[4]

Modellik işleri,reklamlar derken Nina Dobrev kendini oyunculuk seçmelerinin içerisinde buldu. Kısa bir süre sonra Fugitive Pieces, Away from Her, Never Cry Werewolf, ve televizyon dizisi Degrassi: The Next Generation gibi yapımlarda rol aldı.[5] Amerikan CTV kanalında yayınlanan The American Mall isminde bir MTV filminde yer aldı. The CW kanalında yayınlanan The Vampire Diaries isimli televizyon dizisinde iki karakteri birden (Damon ve Stefan Salvatore isimli iki vampir kardeşin aşkı arasında kalmış bir genç kız olan Elena Gilbert ve intikama susamış, kibirli, Elena Gilbert'ın görsel ikizi olan, Amerikan İç Savaşı zamanında Salvatore kardeşlerin âşık olduğu vampir Katherine Petrova Pierce'ı) canlandırmıştır.[6]

26 Mart 2010'da vizyona giren Sony Pictures Classics yapımı, erotik-gerilim türündeki Atom Egoyan filmi Chloe'de de küçük bir rolü vardır. Film ABD'de 3 milyon dolar hasılat yapmıştır.[7]

Kasım 2011'de vizyona girmesi planlanan Jonah Loop'un yönettiği Arena isimli filmde de yer almıştır.[8]

2012'de vizyona giren, Stephen Chbosky'nin yazdığı The Perks of Being a Wallflower isimli romanın uyarlaması olan, aynı isimli filmde Candace isimli karakteri canlandırmıştır. Bu filmde Nina Dobrev Logan Lerman, Emma Watson, Paul Rudd ve Ezra Miller ile birlikte rol almıştır. Yine 2012 yılında Nick Braun ve Jevel beats ile yazıp Braun ile birlikte söylediği SPF adlı şarkısının video klibinde yer aldı.[8] Takvimler 2015'i gösterdiğinde The Vampire Diaries dizisinde geçen koskoca 6 yılın ardından 6. sezonun bitişi ile diziden ayrılmıştır. Yeni projelerle ilerleyeceğini diziden ayrılmanın onun için zor olduğunu vurgulayan Dobrev kariyerini ilerletme ve daha ileri gitme adına diziden ayrılma kararı almıştır.

Nina Dobrev, spor giyim markası Puma'nın başlattığı Project Pink kampanyasına destek vermektedir.[9] Gelirlerinin tamamının göğüs kanseri araştırmalarına aktarılacağı tişört, çanta, ayakkabı koleksiyonunun tanıtım yüzü olan Dobrev, "Bu sezonun Project Pink kampanyasında yer aldığım için gerçekten çok heyecanlıyım. Genç kadınların olaya dahil olması ve farklılık yaratmaları için teşvik edilmesini seviyorum." diyor.[10]