Karin Nellemose var datter af kontorchef, inspektør Sophus Vilhelm Aage Nellemose (1877 - 1919) og hustru Anna Marie Hultgreen (1877 - 1941). Hun blev uddannet på Det Kongelige Teater Elevskole i årene 1924-1926 og debuterede på samme teater den 5. marts 1926 som Tilde i "Hårdt imod hårdt". Hun var derefter tilknyttet Det Kongelige Teater - og stort set kun det - i næsten 60 år. I årene frem spillede hun bl.a. Agnete i "Elverhøj", Constance Leth i "Egelykke", Prinsessen i "Der var engang", Hermia i "En Skærsommernatsdrøm", Grete i "Kærlighed uden strømper", Gwendolin i "Bunburry", Blanche Dubois i "Omstigning til Paradis", Mrs. Tyrone i "Lang dags rejse mod nat", Amanda Wingfield i "Glasmenageriet", Lavinia i "Cocktail Party", Fru Linde i "Et Dukkehjem", Magdelone i "Mascarade", Madam Rust i "Sparekassen", Barselskonen i "Barselsstuen" og Lisbeth i "Erasmus Montanus". I 1981 spillede hun i farcen "Ved hanegal" på Det ny Teater sammen med Marguerite Viby. Den sidste rolle havde hun i 1983 som bedstemor i "En stakket frist" på Gråbrødrescenen. På Tv fik Karin Nellemose en bragende succes som den stumme morderske fru Brydesen i Leif Panduros kriminalspil Kan De li' Østers i 1967 og en stor folkelig popularitet fik hun i rollen som den stakkels undertrykte Misse Møhge i "Matador". Karin Nellemose medvirkede også i satireprogrammet Mosebryg. Hun var en flittig gæst i Radioteatret og med talrige oplæsninger fra H.C. Andersen til Herman Bang. Efter en måned på elevskolen brugte Carl Th. Dreyer hende i stumfilmen ”Du skal ære din hustru" fra 1925. Hun medvirkede i yderligere et par stumfilm i 1927 - Fy og Bi-filmene "Vester Vov Vov" og "Tordenstenene" -inden hun i 1931 dukkede op som præstens datter Marie i "Præsten i Vejlby". Hun medvirkede i næsten 50 spillefilm. Karin Nellemose giftede sig den 9. juni 1928 i Sct. Jakobs Kirke på Østerbro i København med skuespil- og operachef, sceneinstruktør, kgl. kapelmusikus Torben Anton Svendsen (17-9-1904 - 18-06-1980) og ægteskabet holdt i mere end 50 år. De fik sammen datteren Annemette Svendsen, som også blev skuespillerinde. Desuden er hun tildelt medaljen Ingenio et Arti og hun fik Bodil Prisen for filmroller i "Kampen mod uretten" og "Hr. Petit". Karin Nellemose var søster til billedhuggeren Knud Nellemose (12-03-1908 - 14-01-1997).