Actrice italienne, Nicoletta Machiavelli commence des études de dessin, mais finit par devenir actrice. Luigi Zampa la révèle dans Une question d’honneur (1966) où elle donne la réplique à Ugo Tognazzi, puis dans le film à sketchs Les maris (1966).
A partir de là, elle tourne quelques westerns comme Navajo Joe (Corbucci, 1966), Du sang dans la montagne (Lizzani, 1966), Une minute pour prier, une seconde pour mourir (Giraldi, 1968), Giarrettiera Colt (Rocco, 1968), Le salaire de la haine (Baldi, 1968) et Une longue file de croix (Garrone, 1969).
Dans les années 70, Nicoletta Machiavelli tourne fréquemment en France où elle incarne de nombreux seconds rôles. On la voit dans L’homme au cerveau greffé (Doniol-Valcroze, 1972), Big Guns, les grands fusils (Tessari, 1973), Les seins de glace (Lautner, 1974), L’important, c’est d’aimer (Zulawski, 1975) et L’année sainte (Girault, 1976).
Elle arrête sa carrière à la fin des années 70 alors qu’elle n’a que 33 ans. Elle en profite ensuite pour voyager à travers le monde, puis s’installe à Seattle où elle est devenue professeur d’italien, guide touristique et interprète.
Nicoletta Machiavelli décède en 2015 à l’âge de 71 ans.