Nacida en Washington D.C., a Nona Gaye se la conoce prioritariamente por su reconocida interpretación como "Bellinda," la segunda esposa de Muhammad Ali (encarnado por Will Smith), en la película Ali (2001), de Michael Mann.

Nona apareció en los proscenios por primera vez cuando sólo contaba tres semanas de vida junto a su padre, Marvin Gaye, tota una leyenda del soul. Cuando tenía seis años, su padre dijo por televisión en el show "Soul Train," que la pequeña cantaba muy bien." Tenía 14 años de edad cuando realizó su primera demo y acabó firmando para Atlantic Records a los 16. En 1992, sacó al mercado su primer álbum: "Love for the Future," que fue objeto de admiración por parte de la industria musical. Recientemente, ha hecho un dueto con su padre en su interpretación de "The Star Spangled Banner" para la NBA All-Star Weekend.

Añadió a su carrera actividades como modelo: rodando el anuncio televisivo para una campaña de Armani y haciendo la pasarela para Gianni Versace. En 2001, regresó a los estudios de grabación colaborando con Bono & Artists Against Aids Worldwide, regrabando "What's Going On" como llamada para detener la expansión del SIDA en África.

Tras tomarse un tiempo para criar a su hijo, Nolan, Nona empezó a perseguir su sueño de convertirse en actriz. Su primera audición fue para Alí. La consecuencia fue que este film se convirtió en su debut cinematográfico con apasionadas críticas y una llamada de USA Today por haber sido nominada como la mejor actriz secundaria de los Oscars.

En estos últimos tiempos, Nona ha coprotagonizado, dando vida a "Zee," y junto a Keanu Reeves, Laurence Fishburne y Carrie Anne-Moss, las dos secuelas de la trilogía de Matrix: The Matrix Reloaded (The Matrix Reloaded, 2003), que se estrenó en mayo de 2003; y The Matrix Revolutions (The Matrix Revolutions, 2003), con estreno a finales del mismo año.

También participó en la película de animación Polar Express (Polar Express, 2004), junto a Tom Hanks, para el director Robert Zemeckis. Asimismo, este año ha estrenado XXX2: Estado de emergencia (XXX2: State of the Union, 2005), junto a Ice Cube.