Nooyi studerte ved Madras Christian College og ved Indian Institue of Management i Kolkata. Der tok hun mastergrad i økonomi og markedsføring. Etter studiene arbeidet hun i to år som produktsjef ved og i tekstilselskapet . Hun studerte ved Yale School of Management der hun gikk ut med . Fra 1980 arbeidet hun i seks år for Boston Consulting Group. I 1986 begynte hun i Motorola som visepresident og direktør for forretningsstrategi og planlegging. I 1990 var hun Senior Vice President for strategi og strategisk markedsføring i . I 1994 gikk hun til Pepsi, der hun fikk en stilling som for . To år senere ble hun for forretningsstrategi og -utvikling. I februar 2000 ble hun , og i mai 2001 ble hun Chief financial officer. Fra oktober 2006 er hun selskapets CEO. Hun er bosatt i Greenwich, Connecticut.