Boulanger est né à Paris en 1887 dans une famille de musiciens. Son père était compositeur et chef d'orchestre et sa mère était pianiste. Nadia a montré très jeune un talent musical et a commencé à étudier le piano et la composition au Conservatoire de Paris. Elle a remporté plusieurs prix et récompenses au cours de ses études au conservatoire et, après avoir obtenu son diplôme, elle a commencé à enseigner en privé.
Dans les années 1920, Boulanger ouvre sa propre école de musique à Paris, l'École Normale de Musique de Paris. L'école devient rapidement l'une des écoles de musique les plus prestigieuses au monde et Boulanger attire des étudiants du monde entier. Elle a enseigné un large éventail de matières, notamment l'harmonie, le contrepoint, l'orchestration et la composition.
Boulanger était une enseignante exigeante, mais elle était aussi très solidaire envers ses élèves. Elle les a encouragés à développer leurs propres styles uniques et les a aidés à faire jouer et publier leur musique. Beaucoup de ses étudiants sont devenus des compositeurs, des chefs d’orchestre et des interprètes à succès.
Boulanger a continué à enseigner jusqu'à sa mort en 1979. Elle était une figure très respectée et influente dans le monde de la musique, et son héritage continue de perdurer à travers ses étudiants et leur musique.