Нинель Петрова родилась в Ленинграде. С раннего детства она хотела стать именно балериной. В Ленинградское хореографическое училище (ныне Академия Русского балета имени А.Я. Вагановой) она поступила в 1934 году. В выпускном классе занималась у самой Агриппины Вагановой. Закончила училище в 1944 году, и выпускной спектакль Леонид Якобсон ставил специально для нее: Нинель Петрова блестяще исполнила главную роль в "Ромео и Джульетте" Чайковского.
После окончания училища четверть века блистала на сцене Кировского (ныне Мариинского) театра.
С 1969 года посвятила себя педагогической деятельности. В 1999 году ей присвоено звание народной артистки страны.
"Нинель Александровна для меня являет собой символ женственности, мягкости, красоты. Я видела много спектаклей в ее исполнении - она всегда была очаровательной. Думающая балерина, не допускающая ничего лишнего на сцене. Ей всегда была присуща интеллигентность в исполнительстве, она была очень нежной, любящей, мягкой Жизелью", - приводит сайт Мариинского театра слова балетмейстера-репетитора Габриэлы Комлевой.