Немоляева появилась на свет в 1937 году. В 1958 году актриса окончила театральное училище им. М.С. Щепкина, после чего поступила на службу в Театр имени Маяковского в Москве. В 1980-м Немоляева стала народной артисткой РСФСР.
Свою первую известность артистка получила в 1958 году, исполнив роль Ольги Лариной в картине "Евгений Онегин" режиссера Романа Тихомирова. Также она любима зрителями по ролям в фильмах Эльдара Рязанова, в числе которых "Служебный роман" (1977) и "Гараж" (1979).
На сцене театра Немоляева сыграла в более чем 50 спектаклях, в том числе исполнила роль Офелии в "Гамлете". Актриса становилась лауреатом национальной театральной премии "Золотая маска" в 2013 и 2019 году.
