Родилась 15 марта 1924 года в Ленинграде[3]. С 4 лет мечтала стать балериной[4]. Этому решению способствовало общение с матерью Веры Фокиной, известной танцовщицы и жены знаменитого балетмейстера М. М. Фокина, проживавшей по соседству[4]. Атмосфера, в которой прошли детские годы Петровой, повлияла и на её младшую сестру Елену, впоследствии ставшую танцовщицей лирико-характерного плана[4]. В возрасте 9 лет Нинель Петрова поступила в школьную хореографическую группу известного педагога Н.Миримановой[4], которая посоветовала ей поступать учиться в Ленинградское хореографическое училище.
В 1934 году[4] поступила в Ленинградское хореографическое училище, в котором училась с отличием у выдающихся педагогов Е. П. Снетковой-Вечесловой, Е. В. Ширипиной и Н. А. Камковой, а в выпускном классе — у самой А. Я. Вагановой[4]. В 1944 году на выпускном спектакле в одноактном балете «Ромео и Джульетта» хореографа Л. В. Якобсона на музыку П. И. Чайковского начинающая балерина исполнила партию Джульетты[4]. В ученической работе ярко проявилась основная черта дарования Петровой — светлая, одухотворённая лирика[5]. Это свойство творческой индивидуальности артистки и определило в дальнейшем круг её ролей[5].
С большим мастерством исполняла партии лирических героинь[5][6]. Лирико-драматическая танцовщица высокой артистической культуры и одухотворённости, Петрова тонко передавала стилистику произведений[3][6]. Лучшими партиями балерины стали Фея Сирени («Спящая красавица»), Жизель, Джульетта, Мария («Бахчисарайский фонтан»), Фригия («Спартак»), Нина («Маскарад»)[4][5][6]. В каждой из этих партий танец Петровой овеян чистотой и поэтичностью, соткан из прозрачных ажурных движений[5]. Балерина наделяла своих героинь романтической приподнятостью, душевной нежностью, тонким изяществом, человеческой чистотой и цельностью[4][5].
Нинель Петрова — танцовщица по призванию, ярко, виртуозно танцевала во многих балетах классического и современного репертуара. Прелестное лицо танцовщицы напоминало лица мадонн в итальянской живописи эпохи Возрождения. «Идёт одна. Тиха, стройна. И улыбнётся словно невзначай», — кажется, так сказано у поэта. Будто о ней! Образы Невесты, юной Жены и Матери, Подруги, Спутницы жизни могли стать и становились символами её миссии в искусстве. Естественным путём, без подчёркнутости и натуги, поэтизировалась Избранница, стойко противостоящая злу. Такая женственность словно бы ступала на сцену из волшебной сказки и заставляла верить, что в реальной жизни всякое бывает. Обыкновенным людям надо бы лишь терпеливо разглядеть в себе сокровенное.
Танец Петровой овеян чистотой и поэтичностью. Петрова — актриса думающая. Она пытливо, глубоко проникает в существо образа. Актриса хорошего вкуса, обладающая чувством меры.
Сильная сторона дарования Нинель Петровой — не в виртуозной технике, не в сверкающих фуэте, не в замирающих в воздухе полётах, а в той особого рода одухотворённой выразительности, которая позволяет средствами танца и пантомимы создавать правдивые образы, волнующие и увлекающие зрителей своей поэтичностью.
2024 — Орден «За заслуги перед Отечеством» IV степени (14 марта 2024 года) — за заслуги в развитии отечественной культуры и искусства, многолетнюю плодотворную творческую деятельность[11]