Родилась 14 марта 1932 г. в дер. Титовка Средневолжского края (ныне в Шарлыкском районе Оренбургской обл.) в многодетной семье. При рождении получила имя Анастасия, однако в семье ее звали Наей. В 25-летнем возрасте она официально поменяла имя на Наину.
В 1955 г. окончила строительный факультет Уральского политехнического института им. С. М. Кирова в Свердловске (УПИ; ныне Уральский федеральный университет им. первого президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург).
Во время учебы познакомилась с будущим мужем - Борисом Ельциным, также студентом строительного факультета УПИ. В сентябре 1956 г. они поженились.
После института по распределению была направлена инженером-строителем в Оренбург, где работала мастером в производственном отделе Оренбургского треста водоканализации.
В 1956 г. вернулась в Свердловск. До 1985 г. занимала различные должности в свердловском отделении Государственного проектного института по изысканиям и проектированию наружных водопроводов, канализации и гидротехнических сооружений "Водоканалпроект" (позднее - государственный проектный институт "Уральский Водоканалпроект"). Была инженером, старшим инженером, главным инженером проекта, руководителем группы в институте; занималась проектированием очистительных сооружений и фильтровальных станций в городах Свердловской области.
В 1985 г. вместе с мужем переехала в Москву, куда Борис Ельцин был приглашен на работу в отдел строительства ЦК КПСС. В июне того же года он стал секретарем ЦК по вопросам строительства, а в декабре - первым секретарем Московского горкома партии. После избрания Бориса Ельцина 12 июня 1991 г. президентом России, Наина Ельцина стала первой леди страны.
По словам самой Наины Иосифовны, вплоть до смерти Бориса Ельцина 23 апреля 2007 г. она старалась держаться в тени своего супруга, подчеркивая то, что прежде всего она - жена, мама и бабушка. Первая леди занималась помощью детским и школьным заведениям, больницам, домам престарелых. Борис Ельцин в книге воспоминаний писал о жене: "Когда Наина едет в детский дом, или в детскую лечебницу, или в больницу к любимой актрисе, она никогда никому об этом не рассказывает. Она искренне считает... добрые дела своим частным делом".
13 мая 2008 г. президент РФ Дмитрий Медведев подписал федеральный закон "О центрах исторического наследия президентов Российской Федерации, прекративших исполнение своих полномочий". В 2009 г. было принято решение разместить центр памяти Бориса Ельцина в Екатеринбурге. В июне того же года был зарегистрирован некоммерческий фонд "Президентский центр Б. Н. Ельцина" ("Ельцин-центр", открылся в Екатеринбурге в 2015 г.). Наина Ельцина вошла в состав попечительского совета фонда.
31 мая 2007 г. президент РФ Владимир Путин подписал указ "О материальном обеспечении вдовы Б. Н. Ельцина" (действует в редакции от 28 ноября 2009 г.), которым Наине Ельциной было установлено ежемесячное пособие в размере 195 тыс. руб.
Награждена орденом Святой великомученицы Екатерины (2017, "за большой вклад в реализацию общественно значимых гуманитарных программ и активное участие в благотворительной деятельности").
Удостоена международной премии "Оливер" в номинации "За гуманизм сердца" (1999), присуждаемой Фондом международной помощи ребенку "Фрэнк".
Лауреат национальной премии общественного признания достижений женщин России "Олимпия" в номинации "Честь и достоинство" (2006; "за высокий стиль и безупречное служение нравственным идеалам"). Учредителем премии является общественная организация "Российская академия бизнеса и предпринимательства".
Автор книги воспоминаний "Личная жизнь" (2017).
Старшая дочь Ельциных - Елена Окулова (род. 1957) - замужем за Валерием Окуловым, который был генеральным директором "Аэрофлота" (1997-2009), заместителем министра транспорта РФ (2009-2017), затем стал советником гендиректора по гражданской авиации ПАО "Объединенная авиастроительная корпорация".
Младшая дочь - Татьяна Юмашева (род. 1960) - состоит в браке с Валентином Юмашевым, бывшим главой Администрации президента РФ Бориса Ельцина, одним из учредителей, членом правления и попечительского совета "Ельцин Центра".