Она родилась в семье крестьянина и рано осталась сиротой, воспитывалась в Одессе в детском доме. После окончания школы работала на Одесской трикотажной фабрике швеёй. В августе 1941 года вступила в ряды Красной Армии, сразу попала на фронт. В 1941 году в боях под Одессой вместе со своим расчётом нанесла противнику значительные потери, была тяжело ранена, но после лечения вернулась в свою дивизию. За оборону Одессы пулемётчица Ониловабыла награждена орденом Красного Знамени. В 1942 году участвовала в обороне города Севастополя, в ходе которой 27 февраля уничтожила две пулемётные точки противника, а 1 марта в одиночку отбивала атаки врага. Поучив тяжелое ранение в боях с фашистскими захватчиками в ночь на 8 марта 1942 года Н.А.Онилова умерла от полученных ран. Похоронена на кладбище Коммунаров в Севастополе.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 14 мая 1965 года старшему сержанту Ониловой Нине Андреевне было посмертно присвоено звание Героя Советского Союза.