Fille du légendaire chanteur Marvin Gaye, Nona Gaye marche rapidement sur les traces de son père et se lance dans une carrière musicale. Douze ans après une première courte apparition au cinéma dans Les Nuits de Harlem (1989), elle fait ses véritables débuts à l'écran dans Ali, dans le rôle de la seconde femme de Muhammad Ali, alias Will Smith.

Elle enchaîne avec le diptyque Matrix reloaded / Matrix revolutions, reprenant au pied levé le rôle de la chanteuse et actrice Aaliyah, décédée dans un accident d'avion durant le tournage. Sur les deux derniers volets de la trilogie cyberfuturiste, Nona Gaye retrouve Jada Pinkett Smith, croisée sur le plateau de Ali. Après l'aventure Matrix, elle tourne l'aventure fantastique Polar express aux côtés de Tom Hanks.