Née dans le Massachusetts, elle est diplômée de l'université privée Boston College, où elle a été membre de My Mother's Fleabag, une troupe faisant de l'improvisation théâtrale en groupe, puis elle rejoint la troupe d'improvisation The Second City, rencontrant son futur mari,
Steve Carell, puis avec des anciens de la troupe rejoignent la distribution du célèbre show télévisée Saturday Night Live durant une saison (de 1995 à 1996), où elle se fait connaître grâce à sa parodie de la journaliste Bobbie Battista. Puis de 1999 à 2002, elle participe au The Daily Show, dans lequel figure également son mari.
En 2003, elle participe au film Self Control, avec
Jack Nicholson et
Adam Sandler, suivi en 2005 d'une apparition dans la comédie
40 ans, toujours puceau, dans lequel son époux, Steve, a co-écrit le scénario et interprète le personnage principal.
En 2005, elle participe durant plusieurs épisodes de la série The Office, en incarnant Carol Stills, agent immobilier qui sort avec Michael Scott (
Steve Carell).
En 2009, elle prête sa voix à Helen Goode dans la série The Goode Family, où elle est créditée sous le nom de Nancy Carell.
Nancy est mariée depuis 1995 à l'acteur
Steve Carell, ils ont eu deux enfants, Elisabeth Anne, née en mai 2001, et John, né en juin 2004.