Nach einem Studium der Soziologie, Psychologie und Philosophie an der RWTH Aachen und der Universität zu Köln folgte im Jahr 2008 die Promotion in Soziologie an der Universität zu Köln. 

2009 bis 2010 übernahm Alexandra Nonnenmacher eine Vertretungsprofessur für sozialwissen-schaftliche Forschungsmethoden; 2012 folgte dann der Ruf auf eine Professur für sozial- und bildungswissen-schaftliche Forschungsmethoden an der Universität Siegen. Von 2019 bis 2024 war sie als Prorektorin für Studium und Lehre Mitglied der Universitätsleitung in Siegen; in Vertretung des Rektors war sie außerdem für Diversity Policies zuständig. Im Januar 2025 trat sie ihr Amt als Präsidentin der Hochschule Worms an.

Alexandra Nonnenmacher ist seit 2021 Mitglied des Beraterausschusses für die Verleihung des Professorentitels des Landes Nordrhein-Westfalen und seit 2025 stellvertretende Vorstands-vorsitzende des Akkreditierungs-, Certifizierungs- und Qualitätssicherungs-Instituts ACQUIN e.V.