Figlia di Angelo, contadino  e di Maria, sarta a domicilio, Nilla Pizzi ha due sorelle minori: Liliana e Denisa. Dopo aver frequentato l'avviamento professionale, si impiega in una sartoria,poi al panificio militare di Casaralta e infine come collaudatrice di apparecchi radio ai Bologna.Prima ancora che nel mondo della canzone, la Pizzi si mise in evidenza nel campo delle rassegne di bellezza che, alla fine degli anni trenta, cominciavano a fare la loro apparizione. Partecipò al concorso Cinquemila lire per un sorriso, ideato nel 1939 dal pittore  Dino Villani, concorso che fu l'antesignano della futura manifestazione Miss Italia.Il 24 settembre 1940, sposa Guido Pizzi, un giovane manovale edile . Pochi giorni dopo il matrimonio, il marito viene richiamato alle armi e la coppia si separerà per sempre senza più riunirsi.Sempre nel 1940, tramite uno zio ufficiale dell'esercito, inizia ad esibirsi negli spettacoli organizzati per le Forze Armate, facendosi addirittura eleggere mascotte del 35º Reggimento Fanteria di Bologna.Nel 1942 Nilla Pizzi vince, davanti a diecimila concorrenti, un concorso per Voci Nuove indetto dall'EIAR. Inizia ad esibirsi con l'orchestra Zeme, debuttando alla radio nello stesso anno, eseguendo il motivo Casetta fra le rose.Passata nella formazione di Cinico Angelini, il 20 febbraio 1944 incide il primo disco .Allontanata dalla radio  per il regime fascista, nella stagione 1945/1946 gira i teatri e le sale da ballo di tutta Italia, al seguito dell'orchestra del maestro Cinico Angelini, al quale si è nel frattempo legata anche sentimentalmente.Fa ritorno alla radio nel 1946.Nel periodo cha va dal 1948 ed il 1950 cambiarono le tendenze ed i gusti del pubblico, grazie all'affermazione dello stile latino-americano  si diffusero anche in Italia brani al ritmo di samba, rumba, baiòn, calypso e cha cha cha. La Pizzi seppe destreggiarsi grazie ad interpretazioni ironiche.Celebri i suoi duetti col collega L.Benevene,(col quale,ha avuto una storia d'amore),canzoni come Bongo Bongo, Avanti e indrè.Il 1950 canta motivi che si rivelano subito successi come Ciliegi rosa, Che bel fiulin, Italia mia,Quiereme mucho.Nel 1951 vince il primo Festival di Sanremo con Grazie dei fior.L'anno successivo vince nuovamente al Festival conquistando l'intero podio (primo, secondo e terzo premio) con Vola colomba, Papaveri e papere e Una donna prega, che rimane un record a tutt'oggi mai eguagliato da nessun altro cantante.Verrà chiamata "la Regina della Canzone Italiana".Le sue canzoni segnano un'epoca: Vola colomba accompagna il ritorno di Trieste all'Italia mentre Papaveri e papere, che vende 75.000 copie, viene tradotta in quaranta lingue.Al Festival di Sanremo del 1953 si piazza seconda con Campanaro. Subito si rifà con altre incisioni : Anema e core, El marinerito e tante altre.Nel frattempo riempie le cronache rosa la sua love story col cantante Gino Latilla, col quale duetta in numerosi celebri motivi come Colpa del bajon, Col tricche-ballacche etc.Sostituita al Festival di Sanremo del 1954, colpita dal tentato suicidio di Gino Latilla (dopo essere stato lasciato da lei).I suoi ammiratori fondano in suo onore a Torino, il primo fan club della storia della canzone italiana, chiamato Il salottino di Nilla. Nasce inoltre la moda delle "cartoNille", fac-simile delle cartoline postali, con varie immagini della Pizzi incollate davanti.Nel 1954 lancia alla Piedigrotta, la celeberrima Luna caprese, ricevendo ben otto richieste bis.Compie una tournée in America, partecipando a trasmissioni radiofoniche e televisive e trionfando con la canzone italiana.Nel 1957 vince il Festival di Velletri e quello della Canzone Siciliana.Intraprende con Paolo Bacilieri un'esauritissima tournée in Russia.Nello stesso anno sposa segretamente ad Acapulco il chitarrista Carlo Porti, dal quale si separerà pochi mesi dopo.Nel 1958 torna al Festival di Sanremo dove si piazza seconda e terza a Sanremo ,rispettivamente con L'edera e Amare un altro. Nel 1959 vince Canzonissima (con il brano L'edera).Inoltre si piazza terza al Festival di Napoli con Vieneme 'nzuonno, assieme a Sergio Bruni.Nel 1960 ritorna al Festival di Sanremo ed entra in finale con la canzone Colpevole. Negli anni sessanta, con l'avvento degli urlatori, viene messa da parte dalle nuove tendenze musicali; riuscirà tuttavia a continuare a riscuotere successi sotto l'egida della casa discografica RCA Italiana.Apre un elegante night ad Acapulco chiamandolo Portofino, omaggiando Fred Buscaglione prematuramente e tragicamente scomparso proprio in quel periodo. Tra i frequentatori del locale, grossi nomi del calibro di Frank Sinatra, Sammy Davis jr., Curd Jurgens e Caterina Valente.Nel 1962 intraprende la prima di una serie trentennale di fortunate tournée in Australia, dove appare anche alla tv locale.Riceve dal Governo Libico il prestigioso premio "Grande Cervo d'Oro" e nel 1965 vince il Festival di Sandrigo (Vicenza) con il motivo Ti, te se timido. Diretta da Alberto Lattuada interpreta Sostrata nella riduzione cinematografica de La mandragola di Machiavelli, accanto a Totò, Romolo Valli, Rosanna Schiaffino e Philippe Leroy.è del 1968 un'altra fortunata tournée americana, durante la quale ha l'onore di esibirsi al fianco di Frank Sinatra, Ella Fitzgerald, Perry Como e Rosemary Clooney.Nel 1972 il suo album Con tanta nostalgia vince il Premio della Critica Discografica, allora molto ambito.Nel 1981 Gianni Ravera la chiama a presentare il Festival di Sanremo, accanto a Claudio Cecchetto.Nel 1986 forma assieme a Carla Boni, Gino Latilla e Giorgio Consolini, il gruppo "Quelli di Sanremo", col quale si esibisce in numerose manifestazioni e incide anche alcuni dischi.Attiva nel corso di tutti gli anni settanta e gli anni ottanta, è presente in numerose trasmissioni radiofoniche e televisive, compie tournée in tutto il mondo (in particolare in Australia e Canada) e si esibisce nelle piazze e nei teatri di tutta Italia. Si trova poi impegnata anche a sostenere il Partito Comunista tramite le sue esibizioni alle edizioni della Festa dell'Unità.Negli anni novanta è stata spesso ospite dei programmi televisivi RAI condotti da Paolo Limiti  in cui ha reinterpretato più di cinquecento canzoni di vario genere e repertorio. è spesso ospite di trasmissioni televisive in veste di cantante ed opinionista.In occasione del Festival di Sanremo 1994 fece parte del gruppo Squadra Italia, appositamente cosituito per l'occasione, cantando il brano Una vecchia canzone italiana, classificatosi diciannovesimo.Nel 1992 le è stato attribuito il premio "Personalità Artistica" alla Carriera. Il 1º giugno 2002 il Presidente della Repubblica Carlo Azeglio Ciampi la nomina Grande Ufficiale della Repubblica Italiana.L'anno seguente, nel 2003, durante il Festival di Sanremo le viene assegnato il prestigioso Premio alla Carriera.  Colpita da una patologia vascolare, è stata costretta a seguire un lungo periodo di riabilitazione, che l'ha tenuta lontano dal mondo dello spettacolo per un intero biennio. è tornata sui suoi passi tra il 2005 e il 2006 apparendo ospite di altre trasmissioni televisive come Domenica In e Sanremo contro Sanremo. Nel giorno del suo 90º compleanno le sono arrivati gli Auguri personali del Presidente del Consiglio Silvio Berlusconi, e molti quotidiani e trasmissioni televisivi l'hanno giustamente omaggiata; Mina, nella sua rubrica all'interno del quotidiano La Stampa, ha scritto che: "Io ho imparato molto dalla sua voce, ed è giusto ammetterlo, finalmente".Nilla Pizzi ha aderito ufficialmente al progetto Amiche per l'Abruzzo, un concerto che si è tenuto il 21 giugno 2009 allo Stadio Giuseppe Meazza di Milano. Il ricavato della serata è andato alla ricostruzione in Abruzzo. Il 4 luglio 2009 Nilla Pizzi ha ritirato personalmente un premio alla carriera conferitole, durante la festa della decennale della squadra azzurra 2000, ad opera di Lele Mora. Il 14 agosto 2009 le è stato conferito un altro premio alla carriera ad Alassio da parte del comune di Sanremo.Ospite durante la terza serata nella quale si festeggiavano i 60 anni del Festival, è intervenuta sul palco del Festival di Sanremo 2010.Il 29 marzo 2010 Nilla Pizzi è apparsa come ospite della trasmissione televisiva condotta da Paolo Limiti.