Элизабет Джейн Кокран родилась 5 мая 1864 года в городе Кокранс-Миллз, Соединенные Штаты Америки. Со временем благосостояние семьи пошатнулось, и будущей журналистке пришлось вернуться домой из школы-интерната, проучившись там год. В 1880 году вместе с семьей переехала в город Питтсбург.

В 1885 году Элизабет начала свою карьеру репортером газеты «Pittsburgh Dispatch», опубликовав статью, дискриминировавшую женщин. Кокрейн выбрала себе псевдоним Нелли Блай по названию популярной песни С. Фостера. Сначала публиковала в газете заметки о тяжелом положении женщин, работавших на заводе в городе Питтсбург, жизни в трущобах, однако редакция вынуждала ее заняться описанием светской жизни, моды, садоводства.

С 1886 по 1887 года журналистка жила в Мексике, отправляя отчеты о жизни мексиканцев, описывая коррупцию и тяжелые условия существования бедноты. В одной из статей выступала против ареста местного журналиста за критику мексиканского правительства, за что под угрозой ареста изгнана из страны. Ее статьи позднее выпустили в сборнике «Шесть месяцев в Мексике».

В 1887 году Блай уволилась из «Pittsburgh Dispatch» и переехала в город Нью-Йорк. Работала в газете «New York World» Д. Пулитцера. Первой ее работой стало тайное расследование в женском приюте для умалишенных. В статье рассказала об ужасающих условиях, в которых существуют пациентки лечебницы, об издевательствах персонала. После статьи журналистка приобрела широкую известность. Через два года Нелли совершила кругосветное путешествие, установив рекорд в 72 дня 6 часов и 10 минут.

В 1895 году Нелли Блай вышла замуж за промышленника-миллионера Р. Симена и ушла из журналистики, заняв пост Президента компании «Iron Clad Manufacturing Co.», производившей стальные контейнеры, молочные банки и котлы. Некоторое время Нелли являлась одной из ведущих женщин-фабрикантов в США, однако вскоре пришла к банкротству и была вынуждена вернуться к журналистике. Одновременно активно занималась благотворительностью, уделяя особое внимание сиротам, оставшимся без попечения родителей.

Умерла Нелли Блай от пневмонии в нью-йоркской больнице «St. Mark's Hospital» 27 января 1922 года. Похоронена на кладбище Вудлон.