Son enfance ne semblait pas très chanceuse. Quand elle eut quatre ans, quelques années seulement après son déménagement à Sydney, son père partit pour un voyage aux États-Unis et ne revint jamais. Cela laissa sa mère déconcertée pour s'occuper de six enfants, dont Wake était le plus jeune. Elle se querellait sans cesse avec sa mère et, à l'âge de seize ans, elle a quitté la maison pour aller travailler comme infirmière. Elle aurait peut-être continué à travailler de manière autonome à Sydney si son tante n'avait pas hérité de son don inattendu de 200 £ (environ 11 500 £ aujourd'hui), ce qui lui a permis de partir à l'aventure.
Arrivée à Londres en 1932, elle commence un cours de journalisme. Sa nouvelle carrière l'a menée à Paris, où elle a vécu pendant un an, faisant le point sur la situation en Europe et sur la montée du nazisme. Cependant, elle avait aussi le temps de s'amuser et profitait pleinement de la vie nocturne parisienne. Bientôt, la jeune fille des débuts modestes avait charmé Henri Fiocca, un millionnaire français. Ils se sont mariés peu après le début de la Seconde Guerre mondiale et elle a déménagé dans son hôtel particulier à Marseille.
Wake était cependant une femme qui travaillait et méprisait les nazis. Elle ne pouvait pas rester assise pendant qu'ils entraient en France. En tant que telle, elle a rejoint le mouvement de la résistance locale, agissant comme une messagerie. Elle est devenue un élément précieux du mouvement de la résistance, transmettant des messages importants d’un groupe à l’autre. Il a fallu un certain temps aux nazis pour s’apercevoir qu’ils étaient dupés par une belle femme au flirt extérieur, mais quand ils l’ont fait, ils l’ont poursuivie avec férocité, finissant même par lui verser une prime de 5 millions de francs.
Cependant, la Gestapo n’a pas pu attraper Wake. Chaque fois qu'ils semblaient l'avoir coincée, elle réussit à s'échapper inaperçue. À cause de cela, ils l'ont surnommée «la souris blanche». Elle a failli être capturée une fois, lors d'un incident qui a vu des balles siffler à travers ses oreilles, mais elle a réussi à traverser elle-même les Pyrénées, évitant à nouveau la capture. À propos de ses proches appels, elle a déclaré: «Je n'ai jamais eu le temps de m'inquiéter. Et je dois admettre que même si certaines personnes ne me croiront pas, je n’ai jamais eu peur.”
D'Espagne, elle s'est rendue en Grande-Bretagne, où elle s'est formée pendant seize semaines auprès du responsable des opérations spéciales. À la fin de cet entraînement intense, elle était devenue une experte en explosifs, en combat au corps à corps et en armement. Elle était prête pour sa première mission: évaluer les groupes de résistance en France et faire savoir à Londres ce dont chaque groupe avait besoin en termes de munitions.
Nous savons tous que la guerre était à l'époque un jeu d'hommes, et malgré le parachutisme dans les forêts de l'Auvergne, elle a rencontré de nombreux combattants de la résistance qui ne pouvaient pas croire que la Grande-Bretagne avait envoyé une femme pour ce travail. Ils ont refusé de la traiter avec respect - c'est-à-dire jusqu'à ce qu'elle défie les dirigeants de prendre part à des compétitions de beuverie qu'elle remportait presque toujours (en véritable forme australienne. Plus tard, elle a mentionné qu'elle aimait consommer au moins six gin-tonics par jour). Ce faisant, elle a pu prendre sous son aile quelque 7 000 partisans de la résistance.
Lorsque le jour J arriva, Wake commanda à ses «troupes» de les organiser pour lutter contre les soldats allemands qui se dépêchaient de renforcer leurs semblables en Normandie. Elle et les combattants de la résistance ont fait sauter des ponts et détruit des trains, échappant de peu à la capture. Comme si tout cela n’était pas suffisant, Wake a également tué une sentinelle allemande à mains nues pour l’empêcher d’avertir le reste des hommes de l’attaque. Plus tard, ils ont libéré Vichy, qui était entre les mains de collaborationnistes.
Il devint vite évident que les Alliés allaient gagner la guerre. Admises dans un Paris récemment libéré, Wake et ses amis se sont retrouvées au British Officers Club agissant un peu tapageuses. Le serveur qui les servait déclara hardiment qu'il préférait servir des soldats allemands que de les supporter un autre moment. Un Wake en colère lui a dit exactement ce qu'elle avait ressenti en «l'assommant avec un crochet à droite.» Un autre serveur est arrivé en courant avec un coup de cognac pour faire revivre le pauvre homme. Nancy à la place a saisi le coup, l'a drainé et a dit «Merci» avant de franchir la porte.
Après la guerre, Wake a été décoré avec des médailles des États-Unis, de la Grande-Bretagne et de la France. Soixante ans se sont écoulés avant que l'Australie et la Nouvelle-Zélande, son pays natal, lui attribuent des médailles, car elle n'avait pas servi dans les forces australiennes pendant la guerre.
Les années suivantes, on lui a offert des médailles australiennes, mais les a systématiquement refusées. À un moment donné, elle a dit:
«La dernière fois qu’il avait été suggéré de me donner [une médaille australienne], j’ai dit au gouvernement qu’ils pourraient coller leurs médailles là où le singe collait ses fesses.Le fait est que s’ils me donnaient une médaille maintenant, elle ne serait pas donnée avec amour, alors je ne veux rien d’eux d’eux. Ils peuvent s'éclipser!
Cependant, l’Australie a finalement fait de elle un compagnon de l’ordre de l’Australie en 2004; En 2006, elle a reçu un badge RSA en or de la Nouvelle-Zélande.
Ce n’est qu’à la fin de la guerre qu’elle a appris que son mari, Henri, avait été capturé par la Gestapo en 1943. Il a été grillé pour savoir où elle se trouve mais a refusé de dire quoi que ce soit qui pourrait les conduire à elle. Il a également refusé de dire quoi que ce soit à propos de ses activités. Pour sa tentative de la sauver, il a été exécuté. Wake s'est toujours blâmé pour sa mort, ajoutant que «Henri était l'amour de ma vie».
Au cours de ses dernières années, elle est retournée à Sydney avec son deuxième mari, pilote de la RAF et ancien prisonnier de guerre, John Forward. Elle a tenté à plusieurs reprises de faire de la politique avec le parti libéral australien, mais n'a jamais été élue. Néanmoins, elle et son mari étaient très heureux et vivaient ensemble à Sydney jusqu'à sa mort en 1997. En 2001, à l'âge de 89 ans, elle a fait ses bagages et est retournée à Londres.
Wake a eu une crise cardiaque en 2003, mais elle a continué à se battre jusqu'en 2011, date à laquelle elle est décédée des suites d'une infection à la poitrine.
Elle a vécu pour voir son histoire commémorée dans des livres, à la télévision et au cinéma. Le personnage de Charlotte Grey dans le livre du même nom de Sebastian Faulks, qui a ensuite été transformé en film avec le personnage principal interprété par Cate Blanchette, est basé sur les exploits de Nancy Wake et d’autres agents de sexe féminin au cours de la Seconde Guerre mondiale.
Après sa mort, Wake a été incinérée et ses cendres ont été dispersées en France près des montagnes où elle s'est battue avec la Résistance.
