N.Ambrazaitytė gimė tremtinių šeimoje. 1948 metų birželio mėnesį sovietų devyneriems metams buvo ištremta į Sibirą, Igarką. Vėliau iš Igarkos perkelta į Maklakovos gyvenvietę Krasnojarsko krašte. 1957 metais grįžo iš tremties, baigė Raseinių vidurinę mokyklą.
1966 metais baigė Lietuvos valstybinę konservatoriją (dabar – Lietuvos muzikos ir teatro akademija), buvo operos ir kamerinė dainininkė – dainavimo pedagogė.
2005 metais ji išleido atsiminimų knygą „Virš mūsų poliarinė pašvaistė“, 2009 metais – knygą apie muzikinę veiklą „Skambantys operos klavyrai“.
„Scenoje sukūriau visas pagrindines operų mecosoprano partijas. Dalyvavau keliuose tarptautiniuose vokalistų konkursuose, laimėjau diplomų ir premijų, tačiau beveik iki 1975 m. neturėjau teisės išvykti koncertuoti į užsienį. Aš taip pat neturėjau galimybės studijuoti ir tobulintis Italijoje. Su tremtinės biografija visad jausdavau partinių sluoksnių nepasitikėjimą manimi, direkcijos nenorą ir ribojimus plačiau reikštis savo pamėgtoje profesijoje“, – rašoma solistės prisiminimuose.
Tačiau būdama toli nuo teatro intrigų N.Ambrazaitytė pasitikėjo savimi. „Ėmiau savarankiškai plėsti repertuarą, ruošti solines programas ir surengiau apie tūkstantį įvairių koncertų. Lietuvos radijo kūrinių studijoje įrašiau 8 plokšteles. Su įvairiais orkestrais atlikau alto partijas stambiuose kūriniuose. Mano kūrybinė veikla buvo įvertinta aukščiausiais garbės vardais. 1988 m. buvau išrinkta Vilniaus tremtinių bendrijos kultūros pirmininke, pradėjau dalyvauti Sąjūdžio veikloje, ėmiau aiškiau suprasti Lietuvos siekius atkurti nepriklausomybę, prarastą 1940 m. Noras matyti Lietuvą nepriklausomą, prisikėlusią ir laisvai atgimstančią, atvedė į Aukščiausiosios Tarybos 1990 m. rinkimus.
Kūrybos kelyje teko stabtelėti, atsisakyti bet kokio kūrybinio darbo net laisvalaikiu, nes dieną naktį tekdavo posėdžiauti, gilintis, dalyvauti diskusijose, budėti, susitikinėti su rinkėjais Panerių 14 apygardoje, kol palaipsniui buvo nuspręsta skelbti Lietuvos Nepriklausomybę, už kurią balsavome 124 signatarai 1990 m. kovo 11 d. 22 val. 44 min.
Tai buvo nepakartojamo džiaugsmo momentas. Šventai tikėjau, kad tapusi suverenia valstybe, su sava konstitucija, kariuomene, įgaudama pasitikėjimą savo ekonominėmis galiomis, finansais, teisine priežiūra, socialiniu teisingumu Lietuva nepatirs apgaulės, nutautinimo, kolonizavimo, trėmimų“, – rašo artistė prisiminimuose.
„Ji turėjo aiškią valstybės viziją, kadangi buvo tremtyje, iškentėjo visus Igarkos šalčius ir badą. Nors priklausė Lietuvos kultūros elitui, ji buvo žmogus, kuris visada turėjo savo nuomonę ir ją gynė.
N.Ambrazaitytė, kaip niekas kitas, įžvelgdavo povandenines sroves: kas kur teka, kur gali slypėti pavojai“, – sakė LRT radijui Signatarų klubo prezidentė Birutė Valionytė.
„Mus daug kas siejo – teko daug bendrauti, kartu koncertuoti. N.Ambrazaitytė buvo reiškinys mūsų operos teatre. Gailėjausi, kai tapusi politike, ji ėmė mažiau dainuoti.
Puikiai prisimenu pirmuosius N.Ambrazaitytės, dar studentės, žingsnius scenoje. Jau tada ji buvo ryški, tikra dainininkė, apie ją daug kalbėta. Dar visai jaunutė Nijolė padainavo Madaleną „Rigolete“, mūsų teatrui gastroliuojant Maskvos didžiajame teatre. Iki šiol man ausyse skamba jos balsas „Don Karle“. Ši netektis yra labai skaudi“, – kalbėjo operos solistas Eduardas Kaniava.
N. Ambrazaitytė debiutavo Lietuvos akademiniame operos ir baleto teatre 1966 metais Marinos Mnišek vaidmeniu operoje „Borisas Godunovas“. Iki 2000-ųjų buvo šio teatro solistė. Per tą laiką ji parengė visus svarbiausius mecosoprano vaidmenis, tarp jų – Ortrūdą „Lohengrine“, Karmen, Amneris „Aidoje“, Šarlotę „Verteryje“, Mirtą „Pilėnuose“, Bušę „Kelionėje į Tilžę“, Azučeną „Trubadūre“. Pasak muzikologo Jono Bruverio, Nijolė Ambrazaitytė buvo neprilygstama Adaldžiza operoje „Norma“.
N. Ambrazaitytė daug koncertavo kaip kamerinė dainininkė ir su simfoniniais orkestrais. Ji yra dainavusi Rygos, Talino, Maskvos, Leningrado, Kijevo, Lenkijos, Bulgarijos, Čekoslovakijos, Rumunijos teatruose. Koncertavo Australijoje, Čilėje, JAV, Kanadoje, Kuboje, Norvegijoje, Peru.