Nan Goldin commence à photographier à l’âge de quinze ans. Sa première exposition de photographies noir et blanc a lieu au début des années 1970. Elle obtient son diplôme (Bachelor of Fine Arts) de la School of the Museum of Fine Arts à Boston en 1977. Elle s’installe à New York en 1978 et continue à documenter sa «famille étendue». Ces photographies deviennent le sujet de ses diaporamas et son premier livre, La ballade de la dépendance sexuelle, publié en 1986. Une œuvre innovante où, pour la première fois, une femme utilise la photographie pour présenter les détails intimes de sa vie personnelle sous la forme d’une œuvre d’art, et devient une source d’inspiration pour toute une génération d’artistes. En 1985, quand son travail se retrouve dans la biennale de la Whitney Museum of American Art, elle devient un personnalité importante de la photographie. Elle jouit aussitôt d’une renommée internationale. En 1987, elle commence à travailler avec la galerie Pace/MacGill à New York et en 1989, organise sa première exposition sur le sida. En 1991, elle s’installe à Berlin, bénéficiant d’une bourse du DAAD, où elle acquiert une renommée internationale dans le monde de l’art et du cinéma.
Elle collabore avec Scalo à partir de 1992 et publie son second livre, The Other Side, un travail sur les drag-queens entre 1972 et 1992. Elle participe à de nombreuses collaborations artistiques, dont les livres A Double Life avec David Armstrong, un ami de longue date et Tokyo Love avec le photographe japonais Nobuyoshi Araki (tous les deux publiés en 1994). En 1993, elle débute une collaboration avec la galerie Matthews Marks à New York et en 1995 avec la galerie Yvon Lambert à Paris. En 1996, une grande rétrospective de ses œuvres, I’ll be your Mirror, a lieu à la Whitney Museum à New York avant d’entreprendre une tournée dans les musées européens. À cette période, représentée par la galerie Matthew Marks à New York et la galerie Yvon Lambert à Paris, elle continue d’exposer aux États-Unis et en Europe et publie de nombreux livres.
En 2000, elle s’installe à Paris. Aujourd’hui, elle vit et travaille entre Paris et New York. En 2001, une deuxième rétrospective, Le Feu follet, se tient au Centre Georges Pompidou à Paris et tourne à travers le monde sous le titre Devil’s Playground dans des lieux tels que le Whitechapel Art Gallery (Londres), la Reina Sofia (Madrid), la Fundação de Serralves (Porto), le Castello di Rivoli (Turin) et le château Ujazdowski (Varsovie). Un gros volume paraît en relation avec cette exposition, Devil’s Playground, publié par Phaidon. Son installation multimédia Sœurs, Saintes et Sibylles, présentée lors du Festival d’automne de 2004, attire la plus forte fréquentation jamais vue à la Chapelle Saint-Louis de la Salpêtrière. Cette œuvre, combinant l’image fixe et animée projetée sur trois écrans, raconte l’histoire de trois femmes prises au piège de la hiérarchie masculine. Elle rend hommage à sa sœur Barbara, dont la rébellion et le suicide ont tant marqué sa propre vie et son œuvre. Elle continue de créer des nouveaux diaporamas, également exposés partout dans le monde.
Parmi les prix et les bourses dont elle a été récompensée, Nan Goldin a été nommée Commandeur des Arts et des Lettres en 2006 et a reçu la médaille de la Ville de Paris en 2004. En 2007, elle reçoit le Prix Hasselblad dont Steidl publie le livre The Beautiful Smile chez Steidl la même année. D’autres prix incluent le Brandeis Award in Photography en 1994 ; le Programme d’artistes en résidence du DAAD, Berlin en 1991 ; le Prix Camera Austria en 1989 ; le Kodak Photobook à Arles en 1987 et le Prix Englehard, Boston en 1986.