Nurgül Yeşilçay, 26 Mart 1976’da Afyonkarahisar’da dünyaya geldi. Ortaokul ve lise eğitimini İzmir’de tamamlayan Yeşilçay, 2001 yılında Eskişehir Anadolu Üniversitesi Tiyatro Bölümü’nden mezun oldu. Üniversite yıllarında rol aldığı İkinci Bahar dizisinde canlandırdığı Gülsüm karakteriyle dikkatleri üzerine çekti.
2002’de Çağan Irmak’ın yönettiği Asmalı Konak dizisinde Bahar Karadağ rolüyle ününü pekiştirdi. Aynı yıl Teoman ile birlikte Mumya Firarda filminde yer aldı. 2003’te Abdullah Oğuz’un yönetmenliğini üstlendiği Asmalı Konak: Hayat filminde Özcan Deniz ile başrolü paylaştı.
Yeşilçay, Atıf Yılmaz’ın yönettiği Eğreti Gelin filminde canlandırdığı Kostak Emine rolüyle 2005’te 12. Adana Altın Koza Film Festivali’nde En İyi Kadın Oyuncu ödülünü kazandı. Aynı yıl Melekler Adası dizisinde Hande Ataizi ile birlikte rol aldı; dizideki partneri Cem Özer ile 26 Ekim 2004’te evlendi. Hamileliğinin son ayında diziden ayrılan Yeşilçay, 22 Mayıs 2005’te oğlu Osman Nejat’ı dünyaya getirdi.
2004 yılında beş yönetmenin ortak çalışması olan Anlat İstanbul filminde Saliha karakterini canlandırdı. 2005–2006 sezonunda ATV’de yayımlanan Belalı Baldız dizisinde Berna Laçin ve Kenan Işık ile başrolü paylaştı. 2006’da Fatih Akın’ın yazıp yönettiği ve yapımcılığını üstlendiği Yaşamın Kıyısında filminde Ayten Öztürk’ü canlandıran Yeşilçay, filmle 60. Cannes Film Festivali’nde Altın Palmiye yarışına katıldı ve “En İyi Senaryo” ödülünü kazandı. Aynı yıl Barış Pirhasan’ın yönetmenliğini yaptığı Adem’in Trenleri filminde Hacer rolünde performans sergileyerek eleştirmenlerden övgü aldı.
Tiyatroda da aktif olan Yeşilçay, 2006’da Cem Özer ile Sen Olmasaydın oyununda sahne aldı. 2007’de ekranlara gelen Ezo Gelin dizisinde Ezo Gelin’i canlandırdı. Aynı yıl 31. Uluslararası Kahire Film Festivali’nin ana jürisinde yer aldı. Barış Pirhasan’ın Adem’in Trenleri filmiyle 13. Sadri Alışık Oyuncu Ödülleri’nde “En İyi Kadın Oyuncu” seçildi ve Çağdaş Sinema Oyuncuları Derneği (ÇASOD) tarafından da Yaşamın Kıyısında ve Adem’in Trenleri’ndeki iki farklı rolüyle En İyi Kadın Oyuncu ödülüne layık görüldü.
2008’de 27. Uluslararası İstanbul Film Festivali’nde jüri üyeliği yaptı ve Erden Kıral’ın Vicdan filmindeki Aydanur rolüyle 45. Antalya Altın Portakal Film Festivali’nde “En İyi Kadın Oyuncu” ödülünü kazandı.
Yeşilçay, 2010’da Aşk ve Ceza dizisinde Murat Yıldırım ile başrolü paylaşırken, 2011’de Show TV’de başlayan Sensiz Olmaz dizisinin de başrol oyuncusu oldu. Cem Özer ile 2004–2010 yılları arasında evli kalan Nurgül Yeşilçay, hem sinema hem de televizyon kariyerinde güçlü performanslarıyla tanınan bir isim olarak öne çıkmaktadır.
