Nina Dobrev nasceu em Sófia, República Popular da Bulgária, e se mudou para Toronto no Canadá com dois anos de idade, onde ela foi criada. Ela fala fluentemente francês, inglês e búlgaro. Sua mãe Michaela é artista, e seu pai é um cientista da computação. Ela tem um irmão mais velho, Alexander. A partir de uma idade muito jovem, ela mostrou grande entusiasmo e talento para as artes: dança, ginástica, teatro, música e artes visuais. Nina estudou na escola pública J. B. Tyrrell e Wexford Collegiate School for the Arts em Scarborough, Ontário. Estudou também na Ryerson University, em Toronto, onde se formou em sociologia. Em 2006 decidiu seguir a carreira de atriz.