Nina wurde als Sohn des Notars Angelo Nina in Recanati in der Region Marken geboren, das Erbe seines Vaters war ausreichend, um ihm eine kirchliche Laufbahn zu ermöglichen. Er begann seine Ausbildung am Seminar von Recanati mit Studien in Literatur, Philosophie und Theologie, dann ließ er sich in Rom nieder, wo er bei seinem Onkel Giovanni Nina lebte, der Kanoniker und Seelsorger an der Kirche San Lorenzo in Damaso war und entscheidenden Einfluss auf seinen Neffen ausübte.
Lorenzo Nina studierte am Päpstlichen Seminar Sant’Apollinare sowie an der Universität La Sapienza, die er mit der Promotion in Theologie und iuris utriusque abschloss. Mit 22 Jahren empfing Nina 1835 unter Dispens vom Erfordernis des Kanonischen Alters die Priesterweihe. Während der römischen Choleraepidemie von 1837 war er als Seelsorger in der Gemeinde seines Onkels tätig und infizierte sich bei der Ausübung der Krankenseelsorge. Im Jahr 1853 wurde er Honorarprofessor an der Rechtsfakultät des Seminario Romano, später wurde er Präfekt des Päpstlichen Athenäums Sant’Apollinare. Er war Mitglied der Kommission zur Vorbereitung des Ersten Vatikanischen Konzils. Von 1875 bis 1877 war er Studienpräfekt am Seminario Romano.
Lorenzo Nina starb am 25. Juli 1885 um 22 Uhr 15 in seiner Wohnung in Rom, nachdem er die Sterbesakramente empfangen hatte. Er wurde auf dem Friedhof Campo Verano beigesetzt.
