Была рождена 3 декабря 1934 года в пригороде Москвы, городке Лосиноостровск (нынешний Бабушкинский район Москвы). Отец будущей актрисы в тот период трудился на Ростокинском меховом комбинате. Незадолго до начала Великой Отечественной войны его вместе с семьей отправили в длительную командировку в Иран для закупки мехов для армейских нужд. В итоге весь военный период они прожили там, а Нина будучи ребенком освоила персидский язык. На родину они вернулись лишь в 1946 году, там Дорошина пошла в женскую школу, где стала играть с театральном кружке. А позднее она выступала в любительских спектаклях Клуба железнодорожников под руководством актрисы Камерного театра Марии Львовской. Получив среднее образование Нина благополучно стала студенткой Щукинского училища. Ещё в период учёбы в 1955 году ей выпала её дебютная роль в картине «Первый эшелон», где она изобразила подружку бандита. После чего она обрела известность в своём городке, её стали узнавать, а дворовые хулиганы вечерами провожать до дома с электрички.
Завершив учёбу в 1956 году Дорошина вошла в состав Театра-студии киноактёра при «Мосфильме». В то же время ей стали активно предлагать роли в различных кинофильмах, и вскоре с её участием на экраны вышли такие ленты как «Безумный день», «Человек родился», «Рядом с нами», «Любушка» и «Артист из Кохановки». Преимущественно она исполняла яркие второстепенные роли. Заведя знакомство с Олегом Ефремовым - организатором театра «Современник», Нина в 1959 году перешла в его театр, которому и оставалась верна долгое время. Там она блистала в спектаклях «Пять вечеров», «Вечно живые», «Крутой маршрут» и других. Уделяя много внимания театральной сцене она стала реже появляться на съёмочной площадке, снимаясь в кино всё реже, она делала перерывы в работе на несколько лет. В последующий период она сыграла в картинах «Строится мост», «Случай с Полыниным», «Двенадцатая ночь» и «Спешите делать добро». В 1963 году Нина вышла замуж, но этот брак не продлился долго. Несколько позднее она связала свою жизнь с Владимиром Тышковым, вместе с которым прожила до его смерти в 2004 году.
Одним из популярных спектаклей с Дорошиной была постановка «Любовь и голуби». Зрители искренне полюбили эту комедию, и однажды режиссёр Владимир Меньшов наблюдая реакцию зала решил снять по пьесе полнометражный фильм. Получившаяся картина вышла в 1984 году и имела грандиозный успех, а Нине она принесла всесоюзную славу. Но несмотря на такой успех актриса приняла решение остаться в театре, и её участием затем зрители могли увидеть лишь три фильма и сериал, среди которых «Вам что, наша власть не нравится?» и «Крутой маршрут». Но в театре «Современник» зрители могли все эти годы наслаждаться её игрой.
