Родилась в С.-Петербурге. Отец - профессор-химик.
урожденная фон Витторф, из прибалтийских дворян. Дядя - генерал-майор Николай Павлович фон Витторф, начальник Санкт-Петербургского пехотного юнкерского училища, герой Русско-Турецкой войны 1877-78 гг.

Член ВКП(б) с 1944 (партбилет № 7378558).

окончила 8 классов женской гимназии (1912 г.) и поступила на Высшие женские курсы физико-математического факультета в г. С.-Петербурге. Однако с началом Первой Мировой войны, как и многие девушки из дворянских семей, в 1914 году пошла учиться на курсы сестер милосердия и до июля 1918 года работала медицинской сестрой в 131-м лазарете:

После свершения революции оставила работу в лазарете и поступила на живописный факультет Высшего художественно-технического института, бывшей Академии художеств, г. Петрограда (название города с 1914 г.), где обучалась с 1919 года по 1921 год. Хорошо знала немецкий и французский языки, слабее – английский язык. Обучаясь на живописном факультете, Литвинова Н.Н. еще в 1920 году одновременно поступила на физико-математический факультет (биологическое отделение) Петроградского государственного университета; диплом получила в 1924 году.
С 1924 года по 1925 год работала лаборантом на кафедре физико- технического института г. Ленинграда

В 1925-1931 годах Литвинова Н.Н. была ассистентом кафедры химии Ленинградского института коммунистического строительства. Затем работала доцентом по химии и технологии строительных материалов в Высшем художественно-техническом институте, где много занималась организационной и педагогической деятельностью, была избрана членом Технического Совета сектора института.

В апреле 1931 г. прибыла вместе с мужем профессором-физиком Литвиновым В.Ф. на работу в г. Алма-Ату. В приказе КазГМИ № 56 от 16 мая 1931 года указано: "С 5 мая зачислить т. Литвинову Н.Н. профессором по химии с окладом содержания 405 рублей в месяц". Нина Николаевна Литвинова организовала и возглавила кафедру общей химии КазГМИ.
На заседании Правительственной комиссии КазАССР по определению квалификации научных работников 31 августа 1932 года было принято решение: "Присвоить т. Литвиновой Н.Н. звание профессора химии с правом осуществления ею всех последующих научных функций в области вышеозначенной специальности" (протокол № 1). В должности зав. кафедрой КазГМИ проф. Литвинова Н.Н. оставалась до 1949 года.

Сочетала свою должность в КазГМИ с работой профессора химии КазГПИ (1931-1933 г.г.), была научным руководителем сектора вяжущих веществ в Казахском научно-исследовательском институте стройматериалов (1931-1934 г.г.), недолго по совместительству заведовала кафедрой химии в Казахском горно-металлургическом институте (1934-1935г.г.), заведовала климатологическим отделением Казахского туберкулезного института (1944 -1946 г.г.).

Занималась изучением магнезиального цемента. С 1935 года начала изучение загрязненности атмосферного воздуха, это была тема ее докторской диссертации, которую она не успела завершить.

решением Всесоюзного комитета по высшему техническому образованию при ЦИК СССР в 1935 году она была утверждена в звании профессора по кафедре химии с обязательством защитить диссертацию на ученую степень доктора до июля 1937 года (протокол № 24/90 от 05.07.1935). Постановлением Совета КазГМИ от 9 октября 1935 года степень кандидата химических наук была присуждена Литвиновой Н.Н. без защиты диссертации. данное постановление было утверждено Высшей аттестационной комиссией Всесоюзного комитета по высшему техническому образованию при ЦИК СССР 17 ноября 1935 года (протокол № 38/104).

Автор монографии "Курортные и лечебные местности Казахстана", изд. Казахстан, 1938 г.

первая женщина-профессор в Казахстане.

Муж – доктор физико-математических наук Литвинов Всеволод Федорович, выпускник Петроградского политехнического института, заведовал в 1931-1934 годах кафедрой физики КазГМИ, затем переехал в г. Ростов-на-Дону. После войны, в 1949 году, в Ростов-на-Дону перевелась проф. Литвинова Н.Н.