Originaire de Toulouse, elle y a étudié le dessin notamment au cours de Catherine Escudié.
Elle a intégré l'École normale supérieure de Cachan où elle a obtenu une agrégation en arts appliqués en 2003. Elle a enseigné quelques années avant de se consacrer uniquement au dessin.
Ses influences viennent de différents arts, dont en matière de bande dessinée Will Eisner ou en gravure Rembrandt ou Calot.
Installée à Besançon depuis 2004, elle est auteure de plusieurs séries bande-dessinée, dont Le Chat du kimono chez La Boîte à bulles, distinguée par une sélection au festival d'Angoulême.
Avec la latiniste Blandine Le Callet au scénario, elle dédie une série en 4 tomes à une relecture profonde du personnage mythologique de Médée,. La série en 4 tomes rencontre un succès critique,,, notamment citée comme l'une des 100 BD du siècle au Festival international de la bande dessinée d'Angoulême. La série est rassemblée sous forme d'intégrale en 2021.
Nancy Peña est également l'auteure d'une série "Madame", diffusée par la matinale du site web du journal Le Monde et publiée par son éditeur historique La Boîte à bulles, avec un 4evolume sorti à l'été 2022.
Dans les nombreuses publications jeunesse illustrées par elle, Les Guerriers de glace (Nathan) de Estelle Faye reçoit le Prix Imaginales au festival du livre d'Épinal 2019.
↑Médée (Peña) T4 La Chair et le Sang, planetebd.com, 19 septembre 2019, par Frédéric Rabe: "Son destin est ici parfaitement mis en avant, décortiqué de façon claire, et mis en lumière par le dessin de Nancy Peña. La dessinatrice garde le style mis en place depuis le début de cette aventure, un trait réaliste épuré qui colle à merveille à l’ambiance."