Gnesina nació en Rostov del Don, hija de Bella Isaevna (de soltera Fletzinger), cantante y pianista que había estudiado con Stanisław Moniuszko[1]​y del rabino Fabian Osipovich Gnesin (m.1891), hermana del compositor Mikhail Gnesin.

También recibió lecciones de Ferruccio Busoni y Sergei Taneev.

En 1895 fundó, con sus hermanas Evgenia y María, una escuela de música privada en Moscú, que en 1926 se convirtió en el Escuela Estatal de Música Gnessin.

Entre sus alumnos se encontraban el pianista Lev Oborin y el compositor Aram Khachaturian.

Entre los profesores de la escuela se encontraban Mikhail Gnesin y Alexander Gretchaninov.