Nijolė Ambrazaitytė gimė 1939-02-21 Burokų kaime, Lazdijų rajone. Dar nespėjusi baigti pradžios mokyklos 1948 m. gegužės 22 d. kartu su seneliais ir mamos sesers šeima buvo ištremta į Krasnojarsko sritį. Pirmoji tremties vieta – Igarka, kurioje vargta iki 1956 m. 1956–1957 m. teko kurtis naujoje vietoje – Maklakovo gyvenvietėje. Grįžusi į Lietuvą, baigė Raseinių vidurinę mokyklą. 1959–1966 m. studijavo solinį dainavimą Lietuvos valstybinėje konservatorijoje (dab. Lietuvos muzikos ir teatro akademija) pas docentę Eleną Mažrimaitę-Dirsienę. Nuo 1966 m. iki 1999 m – Lietuvos operos ir baleto teatro solistė. 1990–1992 m. Aukščiausiosios Tarybos – Atkuriamojo Seimo deputatė, 1992–1996 m. ir 1996–2000 m. kadencijų Seimo narė, Vilniaus tremtinių bendrijos kultūros komisijos pirmininkė.
Dar studijuodama solinį dainavimą, 1964 m. metais sukūrė pirmąjį vaidmenį Operos ir baleto teatro scenoje (Lola, P. Mascagni „Kaimo garbė“). Diplominis Nijolės darbas – viena sudėtingiausių mecosoprano repertuaro partijų – Eboli operoje „Don Karlas".
Sukūrė apie 30 vaidmenų operose, atliko per 400 solinių koncertų. Dalyvavo daugiau nei 3 000 koncertų skirtingose programose Lietuvoje ir užsienyje. Įrašė ir išleido 8 plokšteles, apie 24 valandas įvairios muzikos. Originalo kalba atliko kompozitorių V. A. Mocarto, J. S. Bacho, G. H. Hendelio, F. Šuberto, J. Bramso, A. L. Dvoržako ir H. Berliozo kūrinių.
Operose sukūrė šiuos pagrindinius vaidmenis: Karmen („Karmen“), Amneris („Aida“), Šarlotė („Verteris“), Adaldžiza („Norma“), Mirta („Pilėnai“), Eboli („Don Karlos“), Azučena („Trubadūras“), Maddalena („Rigoletto“), Fenena („Nabuko“), Marina Mnišek („Borisas Godunovas“) ir Ortrūda („Loengrinas“).
Pirmoji sudainavo V. Laurušo, E. Balsio, A. Bražinsko, K. Brundzaitės, F. Bajoro, V. Telsknio ir kt. Lietuvos kompozitorių kūrinių. Atliko solines partijas J. S. Bacho kūrinyje „Kalėdų oratorija“ ir Mišiose h-moll, G. F.
Hendelio kūriniuose „Judas Makabėjus“, „Samsonas“, L. van Bethoveno IX simfonijoje ir „Missa solemnis“, Dž. Verdžio ir A. Dvoržako kūriniuose, V. A. Mocarto „Requiem“, E. Balsio oratorijoje „Nelieskite mėlyno gaublio“.
1999 m. baigė ilgametį darbą Lietuvos nacionaliniame operos ir baleto teatre – 1999 m. vasario 20 d. įvyko 60-ajam Nijolės jubiliejui skirtas spektaklis G. Verdžio „Aida“. Tai buvo paskutinis jos pasirodymas Operos ir baleto teatro scenoje.
Su koncertais ir spektakliais lankėsi Mongolijoje, JAV, Kanadoje, Austarlijoje, Italijoje, Ispanijoje, Suomijoje, Čilėje, Peru, Kuboje, Bulgarijoje, Rumunijoje, aplankė daugybę Rusijos miestų ir miestelių.