Marie Louise Hartman, conocida mundialmente como Nina Hartley, nació el 11 de marzo de 1959 en Berkeley, California, en los Estados Unidos. Creció en el área de San Francisco como la hija menor en una familia de cuatro hermanos. Su madre era judía y su padre luterano; ambos se convirtieron al budismo durante su infancia, lo que marcó parte de su visión personal del mundo. Desde joven mostró una personalidad independiente y curiosa, interesándose por temas de libertad personal y autonomía sobre el propio cuerpo, lo cual más tarde influiría en sus decisiones profesionales. Después de graduarse de la escuela secundaria en 1977, Nina estudió enfermería en la Universidad Estatal de San Francisco, donde finalmente se graduó magna cum laude en 1985 y obtuvo una licenciatura en enfermería. Además de sus estudios académicos, durante este período comenzó a explorar trabajos que le permitieran financiar su educación y vivir de forma independiente.
A mediados de los años 80, mientras todavía estaba en la universidad, Nina Hartley empezó a trabajar como stripper en lugares como el Mitchell Brothers O'Farrell Theatre en San Francisco. Su transición hacia el cine para adultos se dio de manera intuitiva: encontraba en la industria una manera de expresar su sexualidad libremente y de ganarse la vida. En 1984 realizó su debut cinematográfico en Educating Nina, una película dirigida por la veterana actriz porno Juliet Anderson, marcando el comienzo de una carrera que la convertiría en una de las figuras más longevas y respetadas del cine XXX. Su nombre artístico fue elegido por su simplicidad y por sonar auténtico, facilitando su pronunciación incluso para visitantes internacionales.