Bocharova n’avait qu’une seule rivale au plan mondial, sa compatriote Maria Gorokhovska. En 1952, Bocharova participa aux Jeux olympiques d’Helsinki, les premiers Jeux olympiques disputés par des athlètes soviétiques.

Elle a pris la deuxième place du concours général derrière sa rivale avant de remporter la médaille d’or à la poutre et contribuer à la médaille d’or par l’équipe. Elle a également remporté une autre médaille d’argent dans l’épreuve par équipe aux appareils.

À 30 ans, elle participe aux Championnats du monde de gymnastique artistique de 1954, remportant la médaille d’or de la compétition par équipe. Elle termine sa carrière par la suite.

Au début des années 2000, Nina Bocharova participait toujours activement à des activités sportives. Elle a été honorée en étant la première porteuse du flambeau du relais de la flamme olympique de 2004 sur le territoire ukrainien lors du Tour du monde du flambeau sur les cinq continents.

Elle s’est éteinte le 31 août 2020 à 96 ans.