1976 senesinin 26 Mart tarihinde Afyonkarahisar'da dünyaya gelen Nurgül Yeşilçay, ortaokul ve lise eğitimini İzmir'de tamamladı. Üniversite eğitimini Eskişehir Anadolu Üniversitesi'nde gören Yeşilçay, üniversitenin Tiyatro Bölümü'nden 2001 senesinde mezun oldu.
Üniversite eğitimi sırasında İkinci Bahar dizisinde rol alan ve hayat verdiği Gülsüm karakteri ile büyük beğeni toplayan oyuncu, ardından Çağan Irmak yapımı olan Asmalı Konak dizisinde rol aldı. Aynı sene Teoman'la birlikte Mumya Firarda isimli filmde oynayan başarılı oyuncu, Asmalı Konak dizisinin devamı olan Asmalı Konak-Hayat'ta da Özcan Deniz ile başrolü paylaştı.
2006’da Fatih Akın’ın yönetmenliğini yaptığı Yaşamın Kıyısında isimli filmde başarılı bir performans sergileyen Yeşilçay, bu film ile Çağdaş Sinema Oyuncuları Derneği’nden En İyi Kadın Oyuncu Ödülü’nü aldı. Ortadoğunun en önemli film festivallerinden biri olan Kahire Film Festivali’nde ana jüride yer aldı.
2007’de Barış Pirhasan’ın yönetmenliğini yaptığı Ademin Trenleri isimli filmde başarılı bir performans sergiledi.
2010’da başrolü Murat Yıldırım ile paylaştığı Aşk ve Ceza isimli dizide yer aldı. Son olarak ise 2014’te başlayan Paramparça isimli dizide Erkan Petekkaya, Ebru Özkan gibi oyuncularla rol aldı.
Nurgül Yeşilçay Gülperi dizisi'nde Gülperi karakterine can vermiştir.
2004’te oyuncu Cem Özer ile evlenen Nurgül Yeşilçay’ın bu evlilikten Osman Nejat isminde çocuğu dünyaya gelen Nurgül Yeşilçay, 2010 yılında Cem Özer’den boşanmıştır.
Nurgül Yeşilçay, günümüzde Magazin Dünya'sında yapımcı Necati Kocabay ile beraberliği sıkça gündeme geliyor.
Rol aldığı projeleri;
2023 - Veda Mektubu (Alanur Yıldız) (TV Dizisi)
2022 - Mahalleden Arkadaşlar (İlknur) (Sinema Filmi)
2022 - Kim Bu Aile (Menekşe) (Sinema Filmi)
2022 - Son Nefesime Kadar (Mihri Özbayden) (TV Dizisi)
2021 - Vahşi Şeyler (Şule)
2020-2021 - Kefaret (Zeynep Gökmen) (TV Dizisi)
2018-2019 - Gülperi (Gülperi Çetin) (TV Dizisi)
2018 - Geleceğin Starı (Sunucu)
2017 - Güzel Cin (Dilaram/Cin) (Sinema Filmi)
2016 – İkinci Şans (Sinema Filmi)
2016 – Muhteşem Yüzyıl: Kösem (Kösem Sultan) (TV Dizisi)
2015 – Köstebekgiller: Perili Orman (Seslendirme) (Sinema Filmi)
2014 – Pek Yakında (Hastane Resepsyonundaki Hemşire) (Sinema Filmi)
2014 – 2015 – Paramparça (Gülseren Gülpınar) (TV Dizisi)
2014 – Gece (Süsen) (Sinema Filmi)
2014 – Cinayet (Zehra Kaya) (TV Dizisi)
2014 – Galp Derviş (TV Dizisi)
2013 – Bebek İşi (Candan (Anne)) (TV Dizisi)
2013 – Aşk Kırmızı (Nazlıgül) (Sinema Filmi)
2012 – İşler Güçler (Konuk Oyuncu) (TV Dizisi)
2012 – Sultan (Sultan) (TV Dizisi)
2011 – Sensiz Olmaz (Feryal) (TV Dizisi)
2010 – Çınar Ağacı (Sonay) (Sinema Filmi)
2010 – 2011 – Aşk ve Ceza (Yasemin) (TV Dizisi)
2009 – 7 Kocalı Hürmüz (Hürmüz) (Sinema Filmi)
2008 – Vicdan (Aydanur) (Sinema Filmi)
2007 – Yaşamın Kıyısında (Ayten Öztürk) (Sinema Filmi)
2007 – Adem’in Trenleri (Hacer) (Sinema Filmi)
2006 – 2007 – Ezo Gelin (Ezo) (TV Dizisi)
2005 – Belalı Baldız (Arzu) (TV Dizisi)
2004 – 2005 – Melekler Adası (Şerbet/Ayşe ) (TV Dizisi)
2004 – Anlat İstanbul (Uyuyan Güzel Saliha) (Sinema Filmi)
2003 – Asmalı Konak – Hayat (Bahar Karadağ) (Sinema Filmi)
2002 – Reyting Hamdi (Nurgül) (TV Dizisi)
2002 – Mumya Firarda (Fatıma) (Sinema Filmi)
2002 – Asmalı Konak (Bahar Karadağ) (TV Dizisi)
2001 – Şellale (Nergis) (Sinema Filmi)
2001 – 90-60-90 (Deniz) (TV Dizisi)
1998 – İkinci Bahar (Gülsüm) (TV Dizisi)
1998 – Herşey Çok Güzel Olacak (Hemşire) (Sinema Filmi)