Nerea Barros debutó en el cine con dieciséis años en la película Nena (1997), del director gallego Xavier Bermúdez. Los siguientes años, fue enfermera en el Hospital Clínico de Santiago de Compostela, labor que compaginaba con pequeños papeles como actriz de cine y teatro. En 2008, volvió a colaborar con el director Bermúdez en la película Rafael, y un año después, obtuvo su primer papel relevante en la televisión como Sandra en Matalobos (2009-2010), emitida por la Televisión de Galicia. Ganó popularidad con lo televidentes gracias a su participación en El tiempo entre costuras (2014), y reconocimiento con la crítica por su actuación en La isla mínima (2014), cuya actuación fue galardonada con el Premio Goya a mejor actriz revelación. La actriz fue una de las protagonistas de la película La isla de las mentiras (2020) dirigida por Paula Cons. En 2022, Barros forma parte de la serie de Prime Video Operación Marea Negra.