Nolwenn Leroy naît à Saint-Renan (Finistère), le 28 septembre 1982. Fille de l’ancien footballeur professionnel Jean-Luc Le Magueresse, elle passe son enfance dans plusieurs régions (Bretagne, Île-de-France, Nord-Pas-de-Calais…), au gré des affectations de son père. Alors qu’elle n’a que onze ans, ses parents divorcent.
Elle va vivre avec sa mère et sa sœur en Auvergne, à Saint-Yorre (Allier), où elle se découvre une passion pour la musique. Elle apprend le violon, le solfège et développe sa technique vocale en chantant dans des chorales. À la suite d’un séjour d’un an aux États-Unis à la fin des années 1990 afin de perfectionner son anglais, la jeune femme revient en France et prend la décision de suivre des cours de chant lyrique au Conservatoire de Vichy.
En 2002, la vie de Nolwenn Leroy change radicalement. Âgée d’à peine vingt ans, elle participe à la deuxième édition de la Star Academy. Sa voix puissante et sa présence scénique font d’elle la favorite de l’émission. Après près de quatre mois d’aventure, la jeune artiste est sacrée lauréate du célèbre télé-crochet de TF1.
Dans les mois qui suivent, la chanteuse sort son premier album, sobrement baptisé Nolwenn. Sa carrière est lancée et elle reçoit en 2004 le NRJ Music Awards de la révélation francophone de l’année. Par la suite, Nolwenn Leroy sort plusieurs albums dont le carton Bretonne en 2010 qui est sacré double disque de diamant en France.
En 2012, la chanteuse fait ses premiers pas au cinéma en prêtant sa voix au film animé Les Cinq Légendes de Peter Ramsey dans lequel elle double la voix française de La Fée des Dents. Une expérience qu’elle réitère deux ans plus tard en participant au Chant de la mer réalisé par l’Irlandais Tomm Moore. Elle y double le personnage de Bruna et donne de la voix puisqu’elle chante également dans ce film qui sera nommé l’année suivante aux Oscars dans la catégorie "Meilleur film d’animation".
Tout en continuant sa carrière musicale, Nolwenn Leroy fait ses premiers pas en tant que comédienne dans un épisode de la série Capitaine Marleau en 2001, dans lequel elle donne la réplique à un autre chanteur, Bénabar. Mais il faut attendre 2024 et la série Brocéliande diffusée sur TF1 pour voir l’artiste accéder à un premier rôle.
Face à Marie-Anne Chazel, Arnaud Binard ou encore Catherine Marchal, elle interprète le personnage principal, celui de la biologiste Fanny Legoff, revenue dans sa Bretagne d’origine et qui va devoir faire face à des événements inexpliqués. La série a été présentée en exclusivité mondiale en avril 2024 lors de la septième édition du festival Canneseries.