Nina van Pallandt blev født som datter af grosserer Kaj Møller og Clara Kirstine Undset Gyth. Hun voksede op på Østerbro og gik i skole på Ordrup Privatskole og senere (i 1948) på Zahles Skole, der dengang var en pigeskole. Efter studentereksamen i 1951 modtog hun et legat til et ophold på det amerikanske universitet University of South California, hvor hun studerede sprog. Efter opholdet i USA opholdt hun sig i en periode i Paris. I 1955 vendte hun tilbage til Danmark, hvor hun den 11. august 1955 i Hørsholm Kirke giftede sig med greve og forretningsmand Thorvald Théodore William Hugo Wessel, som hun havde mødt under opholdet i Californien. der ligeledes studerede i Californien. Parret flyttede kort efter til Chile, men omkring 1957 blev samlivet ophævet, og Nina van Pallandt flyttede tilbage til København.  Hjemvendt fra Chile mødte hun i 1957 hollænderen, baron og diplomatbarn Frederik van Pallandt, som hun havde mødt ved tidligere lejligheder i København og i Montevideo i Uruguay. Hun dannede med Frederik van Pallandt sangduoen Nina & Frederik  og parret blev den 21. september 1960 gift. Parret fik tre børn, inden de gik fra hinanden i 1969. De blev skilt i 1975.  I begyndelsen af 1970'erne havde Nina van Pallandt en affære med Clifford Irving, der opnåede betydelig omtale ved at udgive en selvbiografi, som Irving hævdede var skrevet af  Howard Hughes. Svindelnummeret var emne for filmen The Hoax fra 2006, hvori Nina van Pallandt portrætteres af Julie Delpy. I filmen medvirkede bl.a. Richard Gere, der havde optrådt med Nina Van Pallandt i en af Geres tidligere film, American Gigolo.  Van Pallandt var kortvarigt i 1970'erne gift med den sydafrikanske satiriker Robert Kirby.  Nina van Pallandt bor i dag i Barcelona i Spanien.  Musikkarriere Udover karrieren som en del af Nina & Frederik har Nina van Pallandt indspillet en række sange, herunder John Barrys og Hal Davids sang "Do You Know How Christmas Trees Are Grown?" i James Bond-filmen On Her Majesty's Secret Service, med George Lazenby.