Après des études audiovisuelles à l'IESAV à Beyrouth, Nadine Labaki réalise, à vingt-trois ans, un court-métrage intitulé "11 rue Pasteur", qui remporte le Prix du meilleur court-métrage à la Biennale du cinéma arabe. Elle commence alors comme productrice de publicités, puis comme réalisatrice de clips avec lesquels elle gagne à nouveau des prix comme le Murex d'or.

Elle rejoint la Résidence du Festival de film de Cannes pour l’écriture et le développement de longs-métrages en 2004. Trois ans plus tard sort son premier long-métrage, Caramel, présenté à la Quinzaine des réalisateurs du Festival de Cannes 2007, avec au casting des actrices non-professionnelles. Grand succès, il s'agit de l'un des films libanais les plus connus et appréciés au niveau international.

Nadine Labaki est faite, l'année suivante, chevalier des arts et lettres, une distinction qui en dit long sur la qualité de son travail. En 2011, elle se remet à la réalisation pour tourner le film Et maintenant on va où ?, évoquant avec humour les tensions religieuses régnant au Liban. Deux ans plus tars, elle réalise l'un des courts métrages de Rio I Love You en compagnie de metteurs en scène prestigieux comme John Turturro ou Fernando Meirelles.

Nadine Labaki joue ensuite dans les comédies dramatiques Rock the Casbah (2013) et La Rançon de la Gloire (2015). Entre les deux, en 2014, elle incarne le personnage féminin principal du polar français Mea Culpa aux côtés de Vincent Lindon et Gilles Lellouche. Un an plus tard, elle est membre du jury Un certain regard d'Isabella Rossellini au festival de Cannes.

En 2018 sort sa nouvelle réalisation, Capharnaüm, où elle suit le destin du jeune Zain, 12 ans, en guerre contre ses parents. Cette odyssée romanesque, à la lisière du documentaire, obtient le prix du jury à Cannes.