Velazquez est née à Chicago dans l'Illinois de parents portoricains. Elle a suivi les cours de l'école pour filles de Notre Dame et y a obtenu un bachelor en marketing. Elle a fait une apparition en 2004 dans le film Blast! et dans le téléfilm The Last Ride. Depuis 2005, elle joue le rôle de Catalina Aruca dans le sitcom de NBC, Earl.
En 2006, elle a fait la couverture du magazine masculin Stuff et a été classée par Maxim en trente-neuvième position de sa liste annuelle des 100 plus Hot de Maxim. Nadine Velazquez a participé au casting de la fiancée de Fernando Sucre, Maricruz Delgado dans la série de la FOX, Prison Break mais a obtenu le rôle de Catalina dans la série Earl à la place. Elle peut être vue brièvement dans le DVD de la première saison de Prison Break.
Ses rôles les plus récents ont été dans le film Rogue l'ultime affrontement avec
Jet Li et
Jason Statham et dans le téléfilm Husband for Hire.
Velazquez est mariée à l'agent Marc Provissiero.