N. Ambrazaitytė gimė 1939 m. vasario 21 d. Lazdijų rajone, Burakavo kaime, tremtinių šeimoje. 1948 m. birželio mėnesį sovietų devyneriems metams buvo ištremta į Sibirą, Igarką. Vėliau iš Igarkos perkelta į Maklakovos gyvenvietę Krasnojarsko krašte. 1957 m. grįžo iš tremties, baigė Raseinių vidurinę mokyklą. 1966 m. baigė Lietuvos valstybinę konservatoriją (dabar – Lietuvos muzikos ir teatro akademija), operos ir kamerinė dainininkė – dainavimo pedagogė.
Nuo 1966 m. – Lietuvos operos ir baleto teatro operos solistė, nuo 1979 m. – kartu ir Lietuvos konservatorijos dėstytoja, docentė. Buvo Lietuvos teatro sąjungos narė, Vilniaus tremtinių bendrijos kultūros komisijos pirmininkė.
1990–1992 m. – Lietuvos Respublikos Aukščiausiosios Tarybos-Atkuriamojo Seimo deputatė, 1992–1996 m. ir 1996–2000 m. kadencijų Seimo narė. Dirbo Gamtos apsaugos komitete.
2005 m. išleido atsiminimų knygą „Virš mūsų poliarinė pašvaistė“, 2009 m. – knygą apie muzikinę veiklą „Skambantys operos klavyrai“.
Yra paskelbusi straipsnių kultūros, tremties klausimais. Profesionalių vokalistų konkursų laureatė. Sukūrė apie 30 vaidmenų operose, atliko per 300 solinių koncertų. Dainininkei suteikti Lietuvos TSR nusipelniusios artistės, Lietuvos TSR liaudies artistės, TSRS liaudies artistės garbės vardai.
N. Ambrazaitytė buvo apdovanota Lietuvos Didžiojo Kunigaikščio Gedimino ordino Komandoro kryžiumi (1998), Lietuvos Nepriklausomybės medaliu (2000).
„Beveik penkis dešimtmečius neturėjusi teisės į savo istoriją. Tą vakarą Lietuva tapo antrą kartą po 1918 m. vasario l6 d. Nepriklausoma valstybe. Šventai tikėjau, kad tapusi suverenia valstybe, su sava konstitucija, kariuomene, įgaudama pasitikėjimą savo ekonominėmis galiomis, finansais, teisine priežiūra, socialiniu teisingumu nepatirs apgaulės, nutautinimo, kolonizavimo, trėmimų“, – apie Kovo 11-ąją rašė N. Ambrazaitytė.
