Nazanin Boniadi est née à Téhéran, en Iran, au moment où la Révolution iranienne battait son plein. Ses parents se sont installés à Londres peu après. Enfant, elle jouait du violon et pratiquait le ballet.
Elle a fréquenté un lycée privé avant de s'installer aux États-Unis, où elle a obtenu un diplôme de premier cycle avec distinction en sciences biologiques de l'Université de Californie à Irvine. À l'UCI, elle a remporté le Prix de Recherche pour Étudiants Chang Pin-Chun pour ses travaux de recherche moléculaire sur le traitement du cancer et le rejet de greffe cardiaque. Elle a également occupé le poste de Rédactrice Adjointe en Chef de MedTimes, le journal médical étudiant de l'UCI.
Nazanin Boniadi se fait rapidement un nom au cinéma et à la télévision. Elle a joué le rôle de l'analyste de la CIA Fara Sherazi lors des troisième et quatrième saisons de la série dramatique Homeland (2011), lauréate d'un Emmy et d'un Golden Globe. Pour ce rôle, elle a partagé une nomination aux SAG Awards 2015 dans la catégorie Meilleure Performance d'un Ensemble dans une Série Dramatique. Boniadi a participé au remake 2016 de Ben-Hur produit par MGM-Paramount. Réalisé par Timur Bekmambetov, le film la voit dans le rôle principal féminin d'Esther aux côtés de Jack Huston, Morgan Freeman et Toby Kebbell. Elle apparaîtra prochainement dans un rôle principal aux côtés d'Armie Hammer et Dev Patel dans Hotel Mumbai d'Anthony Maras.
Parmi ses nombreux crédits télévisés, Boniadi a incarné Nora, l'intérêt amoureux de longue date du personnage Barney Stinson joué par Neil Patrick Harris, lors des sixième et septième saisons de How I Met Your Mother (2005). Elle a également joué le rôle du notoire Adnan Salif lors de la troisième saison du drame politique à succès Scandal (2012) de Shonda Rhimes. Elle jouera prochainement aux côtés de J.K. Simmons dans la série originale Starz Counterpart (2017), créée par Justin Marks et produite en tant qu'exécutive par Morten Tyldum.
Au cinéma, Boniadi a incarné Amira Ahmed dans Iron Man (2008) de Jon Favreau et a joué une jeune mère, Elaine, dans The Next Three Days (2010) de Paul Haggis. Elle a également plusieurs films indépendants à son actif.
Née à Téhéran au moment où la Révolution iranienne faisait rage, les parents de Boniadi se sont installés à Londres peu après, où elle a été élevée dans un environnement mettant l'accent sur l'éducation. Bien qu'elle ait été impliquée dans le théâtre dès son jeune âge, Boniadi a finalement décidé qu'elle voulait devenir médecin. Elle s'est installée aux États-Unis à l'âge de dix-neuf ans pour fréquenter l'Université de Californie à Irvine, où elle a obtenu son diplôme de premier cycle avec distinction en Sciences Biologiques ainsi que le Prix de Recherche pour Étudiants « Chang Pin Chun » pour ses travaux sur le rejet de greffe cardiaque et la recherche sur le cancer.
Changeant de cap pour poursuivre sa première passion, Boniadi a décidé d'étudier l'art dramatique, ce qui comprenait une formation en Drame Contemporain à la Royal Academy of Dramatic Arts de Londres sous la supervision du dramaturge Lloyd Trott.
Boniadi parle couramment l'anglais et le persan. Elle est une militante des droits humains dévouée. Boniadi a été porte-parole d'Amnesty International USA (AIUSA) de 2009 à 2015 et continue de collaborer avec l'organisation à but non lucratif en tant qu'Artiste de Conscience d'AIUSA.