Après ses études secondaires à la Holy Trinity School de New York, elle quitte l’école à l'âge de 16 ans pour travailler comme sténographe chez un fabricant de dentelle.

Avec sa sœur Elsie elles participent à un concours local de danse amateurs. Très vite reconnue pour son aptitude au chant et à la danse on retrouve Nancy à Brodway dans la revue musicale « Le spectacle éphémère de 1923 » et « Fleurs de mai » en 1925 puis les deux sœurs se rejoignent dans la comédie musicale « Big boy » (1925).

La Paramout Pictures ouvre ses portes à cette femme-enfant aux sourires enjôleurs, les cheveux roux flamboyants sur un visage en forme de cœur, parsemée de petites taches de rousseur et auréolé de beaux yeux bleus.

Après quelques petits rôles au cinéma encore muet dont dans la comédie dramatique « Mon curé chez mon rabbin » (1928) de Victor Fleming, ou elle joue une Irlandaise catholique, qui épouse un juif (Buddy Rogers), et dans « Manhattan cocktail » (1928) de Dorothy Arzner, où elle incarne une étudiante qui rêve de devenir une grande actrice mais son rêve sera de courte durée face aux machinations d’un producteur sans cœur (Paul Lukas) avec Richard Arlen et Danny O'Shea.

Elle acquière une popularité grandissante avec le drame de guerre « Le rêve immolé » (1928) de Richard Wallace, un soldat (Gary Cooper) tombe amoureux de Daisy (Nancy Caroll) une choriste juste avant son départ pour la guerre, mais bientôt elle a la vision de sa mort. Elle enchaîne avec comédie policière « Easy come, easy go » (1928) de Frank Tuttle, Robert Parker (Richard Dix) un honnête homme qui travaille dans une station de radio dirigée par le père de sa petite amie (Nancy Carroll), il est viré a cause de trop de zèle à l'antenne, et se retrouve sans emploi, il devient innocemment le complice d'un braqueur de banques (Charles Sellon).

Elle campe une danseuse de vaudeville dans « Sin sister » (1929) de Charles Klein où échouée dans un cabaret en Alaska, elle se voit courtisée par un marchand de fourrures bourru et un esquimau loufoque ; dans « Dangerous paradise » (1929) de William A. Wellman elle est Alma la rousse qui chante tous les soirs dans une boîte de nuit miteuse, elle rencontre un riche étranger (Richard Arlen) et s’enfuit avec lui sur son île tropicale.

Elle aborde le cinéma parlant avec le film musical « Honey » (1930) de Wesley Ruggles, frère et sœur, (Skeets Gallagher et Nancy Carroll) autrefois riches sont obligés par besoin d’argent de louer le manoir familial à une riche veuve de New York et restent à son service comme cuisinière et majordome. Elle prend de la maturité avec le drame « Voleuse » (1930) d’Edmund Goulding, elle est coquette, volage, mais ne s'intéressant qu'à l'argent, elle épouse un jeune homme riche, (Phillips Holmes) mais elle finit par l'aimer vraiment, sa remarquable prestation lui vaut d’être nommée pour l’Oscar de la meilleure actrice.

Cary Grant, Nancy Carroll, et Edward Woods - Dans le film de 1932 : Hot Saturday

Dans la comédie romantique sophistiquée « Laughter » (1930) de Harry d’Abbadie d’Arrast, Nancy Carroll joue une ex-choriste qui atteint son objectif d'épouser le millionnaire (Frank Morgan) mais celui-ci est d’un tempérament ennuyeux, Nancy commence à chercher du divertissement ailleurs, son manque de joie refait surface lorsque son ancien petit ami Paul (Fredric March) revient d'Europe pour la reconquérir. Elle enchaine avec un sombre mélodrame « Stolen heaven » (1930) de George Abbott, les amours d'un jeune voleur (Phillips Holmes) et d'une fille des rues (Nancy Carrol), qui ont décidé de se suicider après avoir dérobé et dépenser vingt mille dollars.

Nancy retrouve (Phillips Holmes) son partenaire attitré pour les mélodrames dans « L’homme que j’ai tué » (1931) d’Ernst Lubitsch, Paul un jeune soldat, est torturé par le remord d'avoir tué un jeune soldat allemand pendant la Grande Guerre (Tom Douglas), il part à la recherche de la famille de ce dernier et prend peu à peu la place auprès de sa veuve (Nancy Carroll) avec Lionel Barrymore et ZaSu Pitts.

Dans le drame policier « L’ange de la nuit » (1931) d’Edmund Goulding, un procureur (Fredric March) tombe amoureux de Yula (Nancy Carroll), la fille d'une voleuse surnommée la comtesse (Alison Skipworth) qu'il a envoyée en prison.

Une comédie romantique « Hot Saturday » (1932) de William A. Seiter, la jolie employée de banque, Ruth Brock, (Nancy Carroll), attire les jeunes hommes comme des papillons, elle tombe dans un triangle amoureux entre un riche playboy (Cary Grant) et son ami d'enfance Bill (Randolph Scott); puis dans le drame historique « Fils de Russie » (1932) de William Dieterle, le Prince russe Nikita Krasnoff (Douglas Fairbanks Jr.) mène une vie de plaisirs, il est l'amant de la voluptueuse Vera (Lilyan Tashman) mais la révolution éclate à Saint-Petersbourg il s'enfuit vers la Turquie avec son adorable servante Tanyusha (Nancy Carroll), ils finiront par s’aimer et vivre leur idylle à Istanbul, mais la réapparition de son ancienne maîtresse lui rappelle leS plaisirs de son ancienne vie.

Malgré sa facilité a passer des comédies légères, aux mélodrames larmoyants et même aux comédies musicales, et en plus elle reçoit des éloges considérables de la part des critiques et de nombreux courriers de fans, sous son apparence de petite fille, elle avait la réputation d'une actrice rebelle au comportement récalcitrant ce qui à conduit la Paramount à ne pas renouveler son contrat.

e Dès lors l’actrice tourne pour différents studios dont Universal Pictures avec un policier assez ténébreux de James Whale « Le baiser devant le miroir » (1933) dans lequel Paul Lukas, tue sauvagement sa femme infidèle (Gloria Stuart) , son avocat (Frank Morgan) réussit à lui obtenir une peine clémente, ce dernier découvre que sa femme (Nancy Carroll) à aussi un amant, il décide de la tuer et d’être acquitté de la même manière. Pour la Fox dans « Springtime for Henry » (1934) de Frank Tuttle, un libertin (Otto Kruger) hérite de l'usine automobile de son père, il laisse l'équipe s'occuper de tout pendant qu'il courtise les femmes mariées dont Julia (Nancy Carroll) mais Johnny ( Nigel Bruce) son mari n’a pas dit son dernier mot.

Et pour la Colombia Pictures, le drame sportif « Jalousie » (1934) de Roy William Neill, Larry (George Murphy) est un boxeur possessif et jaloux de sa fiancée, Jo (Nancy Carroll) trop proche de son manageur (Donald Cook), il finit par le tuer mais c'est elle qui est accusée du crime par la police. En 1935, dans ce drame policier mélodieux, « Le danseur masqué » de Leo Bulgakov, Jerry Davis (George Murphy), faussement condamné, s'évade de prison et se cache chez une jolie choriste (Nancy Carroll), elle découvre qu'il a du talent et tous deux deviennent une équipe de danseurs populaires avec comme partenaires Telma Todd et Jack La Rue

On la retrouve trois ans plus tard pour ces deux derniers films, deux rôles de soutient, comprenant que sa carrière est terminée, elle se retire du grand écran et attendra l’avènement du nouveau média la télévision pour un retour dans une dizaine de séries. Citons sa meilleure performance celle de Mme Alice Aldrich la mère, dans la comédie familiale construite autour de la vie de « La famille Aldrich » (1950/51), les séries suivantes elle est rarement classée au générique, hormis la version télévisée de la comédie « L'œuf et moi » (1951) avec sa fille, Patricia.

En 1963, la soixantaine approchant elle se retire définitivement des studios.

Gary Cooper et Nancy Carroll - Dans le film de 1928 : Rêve immolé

Coté vie privée : Nancy Carroll fut mariée trois fois successivement avec le dramaturge Jack Kirkland en 1925, divorcé en 1931 une fille Patricia Kirkland est née de leur union en 1925, remariée aussitôt avec le rédacteur en chef du magazine Life Francis Bolton Mallory en 1931 même échec en 1935 et convole une dernière fois avec l'homme d'affaires CH "Jappe" Groen en 1953, ils restèrent unis jusqu'à décès prématuré de l’actrice à 61 ans. Alors qu’on l’attendait pour une représentation sur les planches Broadway, il s'est avéré qu'elle était décédée ce jour, le 6 août 1965 d’un anévrisme dans sa chambre d'hôtel. Elle repose au cimetière du Calvaire à Woodside de New York aux côtés de ses parents et de ses frères et sœurs.

Son Étoile se trouve au Walk of Fame, 1719 sur Vine Street.