Nora Arnezeder, Avusturyalı bir baba ve Mısırlı bir annenin çocuğu olarak Paris, Fransa'da doğdu. Henüz lisedeyken Paris'teki ünlü tiyatro okulu Cours Florent'te oyunculuk, dans ve şan eğitimi aldı. Nora ilk önemli rolünü 2008 yılında Christophe Barratier'in yönettiği ve Lumières Ödülü'nün yanı sıra Étoile d' Or ödülünü kazandığı Paris 36 (Fransızca adı: Faubourg 36) filminde oynadı. Bu filmde Nora Arnezeder, 82. Akademi Ödülleri'nde En İyi Orijinal Şarkı dalında aday gösterilen "Loin de Paname" şarkısını seslendirdi. 2012 yılında Nora Arnezeder, Ryan Reynolds ve Denzel Washington ile Safe House filminde rol aldı. Aynı yıl, Bradley Cooper ve Ben Barnes ile birlikte The Words filminde Celia rolünde yer aldı. Film Sundance Film Festivali'nde gösterildi.Nora Arnezeder ayrıca Elijah Wood ile birlikte korku slasher filmi Maniac'ta rol aldı.2013 yılında Nora Arnezeder, Ariel Zeitoun'un uluslararası alanda övgü toplayan kostüm draması Angélique'in başrol oyuncusuydu.2014 Kasım ayında Nora Arnezeder, James Patterson ve Michael Ledwidge'in romanından uyarlanan CBS dizisi Zoo'da rol aldı. Yakın zamanda, Nora Arnezeder Mozart in the Jungle dizisinde ana karakter Rodrigo'nun (Gael Garcia Bernal) eşi Anna Maria rolünde yer aldı. Dizi iki Altın Küre kazandı.