Nora Arnezeder creció en Aix-en-Provence. Desde muy joven empezó a asistir a clases de interpretación y a ensayar con su hermana. Su padre la introdujo en la música jazz y no tardó en descubrir que le apasionaba cantar.

Se trasladó a París y se matriculó en la Academia Internacional de Danza, Canto y Teatro, además de participar en varios talleres dirigidos por Jacques Walzer en el Studio Pygmalion, Cours Florent.

En cine trabajó en Les deux mondes, de Daniel Cohen, antes de ser escogida para hacer el papel de Douce en París, París, dirigida por Christophe Barratier, por la que fue galardonada con el Premio Lumière 2009 a la Mejor Esperanza Femenina y con la Estrella de Oro 2009 a la Mejor Actriz Revelación.

Hace poco la hemos visto en La croisière, de Pascale Pouzadoux, y sus próximos estrenos incluyen Ce que le jour doit à la nuit, de Alexandre Arcady, y The Words, que se estrenará en Sundance 2012. Ha prestado su voz al largometraje de animación Louis la Chance, de Philippe Leclerc.

En televisión la hemos visto en un papel habitual en la serie "Xanadu" y como artista invitada en "Commissaire Valence".