Nora von Waldstätten, mit bürgerlichem Namen Nora Marie-Theres Beatrice Elisabeth Waldstätten, wurde am 1. Dezember 1981 in Wien geboren. Sie entstammt einem alten Adelsgeschlecht Österreichs und entschied sich dafür, eine Karriere als Schauspielerin einzuschlagen. Zwischen 2003 und 2007 absolvierte sie dafür ein Schauspielstudium an der Universität der Künste in Berlin. Parallel dazu war sie bereits in ersten Filmen in Kino und Fernsehen zu sehen.
Ein vorläufiger Höhepunkt ihrer schauspielerischen Laufbahn war ihr Auftritt im Tatort „Der Frauenflüsterer“ aus dem Jahr 2005. Darin verkörperte sie die 17-jährige Film-Nichte von Jan Josef Liefers und erntete positive Kritiken. Ein ähnlicher Erfolg wurde ihr zweiter Tatort „Herz aus Eis“, den sie für den SWR im Jahr 2009 drehte. Für ihre Rolle wurde sie unter anderem mit dem New Faces Award der Bunten ausgezeichnet. Einem internationalen Publikum wurde Nora von Waldstätten durch ihre Rolle in der Filmbiografie „Carlos – Der Schakal“ bekannt. Der Film zählte zu den Höhepunkten der Filmfestspiele in Cannes im Jahr 2010 und wurde später mit einem Golden Globe ausgezeichnet. Im Jahr 2014 wurde Nora von Waldstätten Teil der Fernsehreihe „Die Toten vom Bodensee“.
2017 begann sie im Eberhoferkrimi mitzuspielen, wo sie in einer kleineren Rolle zu sehen ist. Einen weiteren Erfolg landete sie mit dem Film „Die dunkle Seite des Mondes“, wo sie unter anderem an der Seite von Moritz Bleibtreu zu sehen war. Nebenbei spielt sie hin und wieder am Theater in Berlin und Köln und betätigt sich gelegentlich als Synchronsprecherin. Nora von Waldstätten hat keine Kinder und lebt in Berlin.