Boulanger blev født i Paris i 1887 i en musikalsk familie. Hendes far var komponist og dirigent, og hendes mor var pianist. Nadia viste musikalsk talent i en ung alder og begyndte at studere klaver og komposition på Paris Conservatoire. Hun vandt flere priser og priser i sin tid på konservatoriet, og efter endt uddannelse begyndte hun at undervise privat.
I 1920'erne åbnede Boulanger sin egen musikskole i Paris, École Normale de Musique de Paris. Skolen blev hurtigt en af de mest prestigefyldte musikskoler i verden, og Boulanger tiltrak elever fra hele kloden. Hun underviste i en bred vifte af emner, herunder harmoni, kontrapunkt, orkestrering og komposition.
Boulanger var en krævende lærer, men hun støttede også sine elever meget. Hun opmuntrede dem til at udvikle deres egne unikke stilarter, og hun hjalp dem med at få deres musik fremført og udgivet. Mange af hendes elever fortsatte med at blive succesrige komponister, dirigenter og performere.
Boulanger fortsatte med at undervise indtil sin død i 1979. Hun var en meget respekteret og indflydelsesrig figur i musikkens verden, og hendes arv lever videre gennem hendes elever og deres musik.