D'origine juive, Norma Gregor débute en 1918 dans des opérettes à Graz et au Raimundtheater de Vienne, puis au théâtre à Berlin avec le metteur en scène Max Reinhardt au Reinhardt Bühne et au Volksbühne Elle devient l'une des reines de la scène autrichienne. Parallèlement, elle entame une carrière cinématographique en jouant dans un film muet Gefesselt de Peter Paul Felner (1920). Beaucoup d'autres suivront, avec notamment le rôle de la princesse Zamikoff dans Mikaël du réalisateur danois
Carl Theodor Dreyer.
Elle tourne son premier rôle parlant en 1930, dans le film Olympia de
Jacques Feyder avec Theo Shall. C'est la période où elle rejoint Hollywood, et elle tourne notamment But the flesh is weak de (1932) de Jack Conway avec Robert Montgomery. En Californie, elle continue à jouer au théâtre dans plusieurs pièces où elle partage souvent l'affiche avec Douglas Fairbanks Jr. Elle est également distribuée dans de nombreuses versions allemandes de grandes productions américaines comme Mordprozeß Mary Dugan (1930 au cinéma) de Arthur Robison et Wir schalten um auf Hollywood (1931) de
Frank Reicher avec
Buster Keaton.
Sa carrière dans le théâtre de langue allemande continue également au Burgtheater de Vienne où elle enchaine les triomphes dans deux pièces de William Shakespeare : Othello où elle joue Desdemone, et Roméo et Juliette où elle est Juliette.
En 1937, après avoir divorcé du pianiste Mitja Nikish, elle épouse le prince Ernst Rüdiger Starhemberg vice-chancelier d'Autriche. L'Anschluss, l'annexion de l'Autriche par l'Allemagne nazie, contraint le couple à l'exil en France, ce qui permettra à Nora de jouer Christine de la Chesnaye dans La Règle du jeu de
Jean Renoir (1939). À la déclaration de guerre entre la France et l'Allemagne, Nora et son mari fuient au Chili où en 1945, elle tourne dans Le Moulin des Andes, film réalisé par Jacques Rémy également exilé. Ce sera son dernier film, Dans l'attente de pouvoir rejoindre sa patrie, elle décide d'aller vivre avec son fils Heinrich (qui sera producteur et acteur), à Viña del Mar. L'actrice se suicide à Santiago du Chili en 1949.