Нанаэ Аояма родилась в 1983 году в префектуре Сайтама, Япония. Окончила Университет Цукубы, где изучала библиотечное дело.
После переехала в Токио, устроилась в туристическую фирму, параллельно начав писать свой первый роман «Свет окон», который вышел в 2005 году и выиграл премию Бунгэй.
В 2007 году вышла ее вторая книга «Идеальный день, чтобы побыть одной», которая удостоилась престижнейшей японской литературной премии Акутагавы. После чего Аояма ушла из офиса и сосредоточилась исключительно на творчестве.
В 2009 году ее рассказ «Фрагменты» из одноименного сборника был удостоен премии Ясунари Кавабата, сделав ее самой молодой писательницей, когда-либо отмеченной данной наградой.
В 2016 году Аояма сотрудничала с иллюстратором Сатоэ Тонэ. Она написала текст к детской книге «Я - Луна», которая спустя пять лет вышла и на английском языке.
Сегодня произведения Аоямы переведены также на китайский, корейский, вьетнамский, немецкий, французский, итальянский и польский. В качестве вдохновляющих ее авторов писательница называет Франсуазу Саган и Кадзуо Исигуро.