Нина Рангелова започва да се състезава в местния клуб "Младост 91".

Следва в Южния методистки университет (Southern Methodist University) в Далас, САЩ, където живее и тренира.

На олимпийската квалификация в Солун през 2008 г. Нина Рангелова финишира трета и това ѝ гарантира квота за участие на олимпийските игри в Пекин, където тя дебютира на най-големия спортен форум. В китайската столица Рангелова остава 30-а на 200 метра свободен стил.

Участва на Олимпийските игри през 2012 г. в Лондон. Там поставя нов национален рекорд на 400 м. свободен стил (4:11,71 м.).