Nadja Uhl, geboren am 23. Mai 1972 in Stralsund, studierte von 1990 bis 1994 Schauspiel an der Hochschule "Felix Mendelssohn-Bartholdy" in Leipzig. Bereits während ihres Studiums gab sie ihr Kinodebüt mit einer kleinen Nebenrolle in "Der grüne Heinrich" (1993). Nach Abschluss ihres Studiums erhielt sie ein Engagement am Potsdamer Hans-Otto-Theater, wo sie in einer Reihe von Klassiker-Inszenierungen wie "Faust" oder "Was ihr wollt" zu sehen war. Nach dem Ende ihres Engagements 1995 wandte Uhl sich als freie Schauspielerin vor allem Film- und Fernsehprojekten zu. Zunächst war sie vorwiegend in Fernsehfilmen wie Peter Patzaks Thriller "Ein mörderisches Erbe" (1998) oder "Mein ist die Rache" (1998) an der Seite von Ulrich Noethen zu sehen.

Der große Durchbruch gelang ihr im Jahr 2000 als stille Rebellin in Volker Schlöndorffs Terroristen-Drama "Die Stille nach dem Schuss". Die Rolle brachte Uhl auf der Berlinale 2000 einen Silbernen Bären als Beste Darstellerin ein und ebnete den Weg für weitere hochkarätige Kinorollen – wobei der Typ der unkonventionellen, gleichermaßen rebellischen und sensiblen Frau eine Art Spezialgebiet von ihr wurde. So war sie in Gregor Schnitzlers hoch gelobtem Drama "Was tun, wenn"s brennt" (2001) als ehemalige Hausbesetzerin zu sehen, gab in dem Thriller "Lautlos" (2004) eine junge Frau, die sich in einen Profikiller (Joachim Król) verliebt und in Andreas Dresens Kinohit "Sommer vorm Balkon" eine schlagfertige Berlinerin auf der Suche nach Liebe. Mit einer Hauptrolle in Doris Dörries preisgekröntem Melodram "Kirschblüten" (2008) war Nadja Uhl nach "Die Stille nach dem Schuss" abermals im Wettbewerb der Berlinale zu sehen.

In einer grundverschiedenen Rolle sah man sie ebenfalls 2008 in Uli Edels umstrittenem RAF-Drama "Der Baader Meinhof Komplex". Darin spielte Uhl die Terroristin Brigitte Mohnhaupt. Nur wenige Monate später gab sie dann gewissermaßen den Gegenpart zu der Mohnhaupt-Verkörperung: In dem Fernsehfilm "Mogadischu", über die 1977 von Terroristen entführte Lufthansa-Maschine Landshut, spielte Uhl die Stewardess Gabriele Dillmann.

2009 war Nadja Uhl ebenfalls in zwei erfolgreichen, von der Kritik gelobten Kinofilmen zu sehen. In dem Drama "So glücklich war ich noch nie" versuchte sie, einen seelisch labilen Hochstapler (Devid Striesow) vor einem Rückfall in seine kriminellen Verhaltensmuster zu bewahren; in der Komödie "Männerherzen" verdrehte sie als sympathische Kassiererin Christian Ulmen den Kopf. Für diese Rolle wurde Uhl 2010 für den Deutschen Filmpreis nominiert. Im selben Jahr erhielt sie für den TV-Film "Der Tote im Spreewald" auch eine Nominierung für den Deutschen Fernsehpreis.

Im Kino war Uhl danach im Drama "Dschungelkind" (2011) als Mutter der Titelfigur sowie in der Fortsetzung des Erfolgs von 2009 "Männerherzen ... und die ganz ganz große Liebe" (2011) zu sehen. Im Jahr darauf spielte sie in Rainer Kaufmanns "Operation Zucker" (TV) die Hauptrolle einer Polizistin, die einem Ring von Kinderhändlern auf die Spur kommt. Viel Kritikerlob erhielt sie auch für ihre Leistung in Christian Schwochows DDR-Familienchronik "Der Turm" nach Uwe Tellkamp: Darin verkörperte sie die gleichermaßen unberechenbare wie zerbrechliche Geliebte eines Familienvaters. Für diese beiden Rollen erhielt Uhl 2013 den Bayerischen Fernsehpreis.

Leichtere Kost war danach Matthias Schweighöfers Komödie "Schlussmacher" (2013), in der sie die Ex-Freundin eines trennungsunwilligen Mannes gab. Nach einer Nebenrolle in Züli Aladags Integrationskomödie "300 Worte Deutsch" spielt Uhl Ende 2013 in Rainer Matsutanis Western "Der Freiheit entgegen" (TV) eine preußische Gräfin, die sich in einen Comanchen verliebt.

Doris Dörrie besetzte sie in der Kinokomödie "Alles inklusive" (2014) als neurotische Tochter einer flippigen Alt-68erin (Hannelore Elsner); unter der Regie von Sherry Hormann schlüpfte Uhl für "Operation Zucker - Jagdgesellschaft" (2016, TV) erneut in die Rolle einer engagierten Polizistin, die einem Ring bestens vernetzter Pädophiler das Handwerk zu legen versucht. 

Eine weitere wichtige Fernsehrolle hatte Nadja Uhl in dem Nachkriegsdrama "Ich werde nicht schweigen" (2017), als Kriegerwitwe, der unfassbares Leid und Ungerechtigkeit angetan wird (die Handlung war an die Geschichte der Großmutter der Regisseurin Esther Gronenborn angelehnt). Außerdem spielte sie eine BKA-Ermittlerin in dem Politthriller "Tod im Internat" (2017) und eine Staatsanwältin im Kampf gegen arabische Clans in "Gegen die Angst" (2019). Der viel gelobte und preisgekrönte Dreiteiler "Preis der Freiheit" (2019) zeigte sie als eine von drei Schwestern in der DDR während der Umbruchjahre zwischen 1987 und März 1990. 

Eine Kinorolle hatte Uhl in Moritz Bleibtreus Regiedebüt "Cortex" (2020), als Ehefrau eines von Albträumen geplagten Mannes, der immer weniger zwischen Realität und Traum unterscheiden kann. Im gleichen Jahr startete die Kinderbuchverfilmung "Die Schule der magischen Tiere" (DE/AT 2020), mit Uhl in einer zentralen Rolle als Klassenlehrerin. Diese Rolle spielte sie auch in der überaus erfolgreichen Fortsetzung, die im Herbst 2022 startete.

Daneben sah man Uhl als Mordermittlerin in dem sechsteiligen Politkrimi "ZERV – Zeit der Abrechnung" (2022) und als Staatsanwältin in den Krimis "Die Jägerin – Nach eigenem Gesetz" (2021) und "Die Jägerin - Riskante Sicherheit" (2023).

Im Frühjahr 2024 stand sie in einer Hauptrolle der Kinokomödie "Alter weißer Mann" vor der Kamera, als Ehefrau von Jan Josef Liefers' Titelfigur.