ولدت نبيلة التونسي في المملكة العربية السعودية في 11 يناير عام 1959 ووالدها كان اللواء مكي التونسي، التحقت بالتعليم في وطنها وذلك في مراحلها الأولى، لتنتقل بعدها إلى الولايات المتحدة؛ حيث كان ذلك في عام 1976 وكانت لا تزال في عمر صغير لتحصل من جامعة بورتلاند على بكالوريوس الهندسة الكهربائية والحاسوب.

كان لدى نبيلة شغف نحو التعليم حيث نالت العديد من الشهادات من مختلف الجامعات، فحصلت من جامعة أوريجون على درجة الماجستير في هندسة الحاسب الآلي، كما نالت شهادة برنامج التطوير الإداري من جامعة فرجينيا، كذلك حصلت من جامعة ستانفورد على شهادة برنامج العمل التنفيذي.

وتولت التونسي العديد من المناصب؛ حيث تقلدت منصب عضو في مجلس إدارة شركة التعدين العربية السعودية، ومديرة لقطاع الهنسة في مصفاة راس التنورة الشهير عالميًا، كذلك تولت منصب عضو في الهيئة السعودية للهندسة، هذا وتولت في شركة أرامكو منصب المدير التنفيذي بها، كما كانت من ضمن أفضل 25 امرأة فاعلة وذات أثر كبير في إدارة المشاريع؛ حيث قامت بإدرات كافة المشاريع التي تولتها بطريقة لم يسبق لأحد أن فعلها؛ لذا أيضًا سُميت المرأة الحديدية.

مسيرتها العلمية والعملية مليئة بالعديد من الجوائز التي كللت نجاحاتها والتي من بينها جائزة أقوى إمرأة عربية في الإدارة التنفيذية عام 2014 والمُقدمة من مجلية "فوربس الشرق الأوسط"، وجائزة مشروع رأس التنورة المتكامل، كما حازت على جائزة المرأة العربية من السعودية للطاقة والمُقدمة من الأميرة "ريما بنت بندر آل سعود" وأخيرًا جائزة المهندس المميز من أكاديمية جامعة ولاية أوريجون.