Детство Немоляевой пришлось на годы Великой Отечественной войны. Родители девочки были кинематографистами, по признанию самой актрисы, "кино делало мою жизнь более красочной". Еще в школе Немоляева тянулась к театру и сама организовала драмкружок. Затем она поступила в Училище им.Щепкина, которое окончила с "красным" дипломом.
Первое серьезное предложение поступило Немоляевой сразу после окончания учебы. Молодая актриса сыграла Ольгу в картине "Евгений Онегин". Съемки этого фильма-оперы длились целый год. В 1959 году Немоляева была принята в труппу Театра им.Маяковского. Первый раз на сцену она вышла в роли Офелии в "Гамлете". За свою карьеру Немоляева играла в пьесах Шекспира, Пушкина, Булгакова и др. 24 года на сцене театра актриса играла в спектакле "Трамвай "Желание". В спектакле "Да здравствует королева, виват!" Немоляева воплотила образ Елизаветы I.
Настоящая "кинематографическая жизнь" началась у Немоляевой с картины "Служебный роман". Олечке Рыжовой сопереживали тогда все советские женщины. Большой любовью зрителей пользуется супружеская пара Светлана Немоляева-Александр Лазарев. Образ идеальной пары актеры воплотили в фильме "По главной улице с оркестром". Вместе со своим сыном Александром Лазаревым-младшим Немоляева играла в картине "Провинциальный бенефис". А в спектаклях "Виктория" и "Кошка на раскаленной крыше" на сцену вместе с актрисой выходила ее внучка.
