В начале 30-х годов семья Зорских переехала в Москву. В 1935 году Нина окончила десятилетку и поступила учиться в актерскую школу при киностудии «Мосфильм». Уже в 1937 году она дебютировала в кино у Татьяны Лукашевич в роли Мадлен в фильме «Гаврош», а в 1939 году сыграла персидскую княжну в «Степане Разине» Ольги Преображенской и Ивана Правова. На этом фильме Нина Антоновна познакомилась с кинооператором Валентином Ефимовичем Павловым, который вскоре стал ее мужем.
В 1939 году Нина Зорская окончила актерскую школу. В 1940 году она стала штатной артисткой киностудии «Мосфильм», а с момента основания Театра-студии киноактера в 1945 году вошла в его труппу, где оставалась до конца жизни (в 1957-1959 годах, из-за расформирования театра, актриса на два года переходила в штат Киностудии имени Горького).
Нина Антоновна – актриса яркого драматического и комедийно-лирического дарования, создала в кино ряд запоминающихся образов. Лучшие роли: Наташа Бабанова («Закон жизни»), Ольга («Дело Артамоновых»), Женя («Парень из нашего города»), Соня («Жди меня»), Оля («Наше сердце»), хозяйка («Обыкновенное чудо»), Арина Ивановна («Дети Ванюшина»).
К сожалению, кинематограф очень мало использовал эту удивительную актрису, так и не дав ей возможности до конца раскрыться на экране. Паузы в съемках Нина Антоновна заполняла работой на дубляже, озвучив несколько сотен картин. Актриса также участвовала в нескольких спектаклях Театра-студии киноактера.
У Нины Зорской и Валентина Павлова родилось двое сыновей, которые пошли по иному пути, нежели их родители. Старший сын Александр окончил МГУ и работал старшим научным сотрудником, а младший, Сергей, стал инженером по связи.
Нина Антоновна ушла из жизни 6 сентября 1989 года в Москве. Похоронена актриса на Хованском (Центральном) кладбище вместе с мужем, Валентином Павловым.