Нелли Евгеньевна родилась в Орле в 1974 году. В 1997-м с отличием окончила Орловский государственный технический университет по специальности «Менеджмент». В 2002-м получила учёную степень кандидата экономических наук. В 2017-м окончила с отличием Российскую академию народного хозяйства и государственной службы при Президенте РФ по направлению «юриспруденция».
Нелли Дмитриева работает в органах статистики с 1997 года. С ноября 2009-го была заместителем руководителя Орёлстата, с сентября 2021 года временно исполняла обязанности руководителя Орёлстата.
Награждена ведомственными медалями «За заслуги в проведении Всероссийской сельскохозяйственной переписи 2006 года», «За заслуги в проведении Всероссийской переписи населения 2010 года», «За труды в проведении Всероссийской сельскохозяйственной переписи», а также благодарственным письмом и почётной грамотой Росстата.