Окончила Московскую государственную консерваторию им. П.И. Чайковского (класс профессора, заслуженной артистки России И. Пашинской).

Сольное искусство исполнения Н. Сергеевой отмечено I премией, Золотой медалью и специальной наградой «Самая артистичная леди» в конкурсе American Forte International Music Competition (США, 2015), I премией в конкурсе VI Concorso Internazionale di Esecusione Musicale Giovani Musiciste (Италия, 2014), Гран-при и специальной премией в конкурсе Мusic of Europe: Featuring the Paolo Serrao Speсial Award Competition (Италия, 2013). Репертуар включает произведения более шестидесяти композиторов.

Гастролирует с различными программами в Италии, Испании, Уругвае, Великобритании, Франции, США и в городах России. В камерной музыке партнерами Н. Сергеевой выступают итальянские флейтисты М. Биньярдели и Э. Сартори, российские скрипачи Н. Остапенко и Д. Ардуханян, органистка О. Кравченко. Сотрудничает с римской студией Discoteca di Stato и Радио Ватикана. Художественный руководитель и организатор ежегодного международного арфового фестиваля «Две столицы» (Москва, Рим, Минск) и Большого Арфового фестиваля (с 2017). Сотрудничает с художественным руководителем Культурного центра «Сириус» (Сочи) Х.-Й. Фраем. Является руководителем авторской программы «Арфисты Артека» Международного детского центра «Артек».

C 2020 года ведет класс арфы в Московском государственном институте музыки им. А.Г. Шнитке. Куратор концертных программ Государственного исторического музея (с 2019). Под ее руководством осуществляется авторская программа «Музыка при дворе российских императоров», в которой принимают участие известные музыканты. С 2021 года курирует концертные программы филиала музея в Туле. Удостоена Премии правительства Москвы и звания «Лучший молодой специалист в сфере культуры» (2014).

В 2021 году экспертным советом Европейской лиги содружеств Российской Федерации награждена медалью «Учитель года».