N. Ponomariova Melburno olimpinėse žaidynėse 1956 metais pelnė bronzos medalį, o Romos olimpiadoje 1960 metais vėl iškovojo auksą. Savo ketvirtoje olimpiadoje Tokijuje 1964 metais disko metikė liko 11-a.
Aštuoniskart SSRS čempionė 1966 metais baigė sportininkė karjerą ir ėmėsi trenerės darbo Kijeve. N. Ponomariova nuo 1998 metų gyveno Rusijoje.