Chiamata Antonia Eugenia in onore alle sue nonne, Nia Vardalos nasce a Winnipeg, in Canada, figlia di un operatore finanziario e di una casalinga di nazionalità greca. Vegetariana da quando aveva 11 anni, studia alla Shaftesbury High School e alla Ryerson University, dove frequenta i corsi di arte drammatica.

Il matrimonio con Ian Gomez
Dopo aver partecipato a un episodio del telefilm Missing Persons (1994), diretta da Christopher Leitch, debutta come attrice cinematografica nel piccolo ruolo di Sheila ne No Experience Necessary (1996) di Eric Schlecht. È in quegli anni che conosce l'attore televisivo Ian Gomez, che sposerà secondo rito ortodosso greco il 5 settembre 1993. I due non potranno avere figli, ma adotteranno comunque una bambina nel 2008.

Gli inizi della carriera e l'incontro con i coniugi Hanks
Nel frattempo, continua a lavorare principalmente in televisione, prestando la sua voce a cartoni animati come Team Knight Rider (1997-1998) o recitando in telefilm come Crescere, che fatica! (1998-1999). Acquisita la cittadinanza americana il 20 aprile 1999, viene notata da Rita Wilson e da Tom Hanks durante uno dei suoi monologhi di cabaret a New York. I due rimangono così colpiti dagli spassosi racconti di vita di una ragazza della comunità greco-canadese che la spingono a scriverne una sceneggiatura che poi produrranno in un film.

Il successo de Il mio grosso grasso matrimonio greco
Quel film, la farà conoscere all'intera Hollywood. Nasce così la commedia Il mio grosso grasso matrimonio greco (2002) diretto da Joel Zwick con John Corbett (uscito fresco dal telefilm Sex and the City) e, all'interno del quale, la Vardalos non sarà solo sceneggiatrice e autrice del soggetto, ma anche protagonista dei panni della bruttina e goffa Toula, in una storia d'amore che incasserà più di Pretty Woman, Notting Hill e i due film di Bridget Jones. È un successo di pubblico, ma anche di critica, dato che piovono sulla Vardalos anche una nomination all'Oscar per la migliore sceneggiatrice, una candidatura ai Golden Globe come miglior attrice in una commedia e un MTV Movie Award per il miglior debutto femminile. La febbre de Il mio grosso grasso matrimonio greco la investe e le viene persino chiesto di scrivere una sitcom in proposito, peccato che non avrà il successo sperato e si fermerà al settimo episodio. Poco male, la Vardalos continua a recitare in Connie e Carla (2004), Le mie grasse grosse vacanze greche (2009) e nei sequel Il mio grosso grasso matrimonio greco 2 (2016) e Il mio grosso grasso matrimonio greco 3, quest'ultimo da lei anche diretto.