Детство Светланы Немоляевой прошло на Плющихе. Она родилась в семье советских интеллигентов. В своем доме Немоляевы принимали Людмилу Целиковскую и Михаила Жарова, Всеволода Пудовкина и знаменитого клоуна Михаила Румянцева.
Театр Светлана любила с детства, ходила на все спектакли Театра имени Маяковского, где до войны служил брат отца, Константин Немоляев. Сама же она поступила в Высшее театральное училище им. М.С. Щепкина. В 1958-1959 она - актриса московского драматического театра на Спартаковской (затем - на Малой Бронной), весной 1959-го ее приняли в Театр имени Маяковского. Тогда же был зачислен в труппу и Александр Лазарев. В марте 1960 года Светлана Немоляева вышла за него замуж.
Ее дебютная работа на сцене - роль Офелии в спектакле "Гамлет". Постановка вышла удачной и шла восемь лет. При художественном руководителе театра - Андрее Александровиче Гончарове - Немоляева воплотила сложнейшие и ярчайшие образы в истории мировой драматургии, сыграв роль Бланш Дюбуа ("Трамвай "Желание"), королевы Елизаветы Тюдор ("Да здравствует королева, виват!"), Мэй ("Кошка на раскаленной крыше").
При новом художественном руководителе - Миндаугасе Карбаускесе она сыграла Домну Пантелеевну ("Таланты и поклонники"), Анну-Регину ("Канте"), кухарку ("Плоды просвещения"). Благодаря чему стала обладательницей различных премий и наград.
Известность Немоляева получила в 1958 году благодаря роли Ольги Лариной в громкой премьере того времени - художественном фильме по опере П.И. Чайковского, созданной по роману Пушкина "Евгений Онегин". Кинозрители помнят актрису по ролям в кинокартинах Эльдара Рязанова: "Служебный роман", "Гараж", "О бедном гусаре замолвите слово" и "Небеса обетованные".
В 1980 году Светлане Владимировне присвоено звание народной артистки РСФСР. В феврале 2007-го она была награждена орденом "За заслуги перед Отечеством" IV степени. В апреле 2012 года - орденом "За заслуги перед Отечеством" III степени.
Немоляева с 1962 года - член Союза театральных деятелей, с 1980-го - член Союза кинематографистов, с 2002-го - член Академии кинематографических искусств.