Naomi behaalde in 2009 een mastergraad Theater- en Filmwetenschap aan de Universiteit Antwerpen en rondde in 2012 de acteursopleiding af aan de Toneelacademie Maastricht. In datzelfde jaar maakte ze Mr Jones (2012), een solo waarin ze a.d.h.v. dramaturgische constructies een beeld schetst van de liefde. In 2014 won ze de TAZ KBC jongtheatermakersprijs voor haar voorstelling A Tragedy (simplified) (2013), een analyse van haar leven volgens de principes van de klassieke tragedie. Vervolgens maakte ze I see you (2014), een deconstructie van Sartres Huis Clos als reality-tvshow, Intervention (2015), een spelshow over identiteit, Q&A (2016), een hedendaagse mythe over de maatschappelijke angst en Sontag (2017), een larger-than-life droomwereld, bevolkt door de demonen en iconen uit het werk van een van de meest spraakmakende denkers uit de 20ste eeuw: Susan Sontag. In 2017 ontving ze de Charlotte Köhler Prijs, een aanmoedigingsprijs voor jong talent van het Prins Bernhard Cultuurfonds. In 2018, 2019 en 2020 maakte ze het post-dystopische muziektheaterdrieluik Permanent Destruction, een coproductie van Theater Utrecht en Stichting Naomi Velissariou. De eerste twee delen waren theatrale concerten geïnspireerd op het werk van respectievelijk Sarah Kane (The SK concert) en Heiner Müller (The HM concert). Het derde deel (Pain Against Fear) is een poging om af te rekenen met de angst door collectief te raven op het ritme van je individuele pijn. In 2019 won Velissariou de Regieprijs voor The SK Concert, in 2020 werd ze genomineerd voor de Gieskes Strijbis Podiumprijs en voor Pain Against Fear ontving ze in 2021 de Theo d’Or, de belangrijkste toneelprijs van Nederland.
In haar samenwerkingen met sound producer Joost Maaskant en beeldend kunstenaars Frederik Heyman en Jan Hoek bouwde Velissariou aan een muzikale en visuele signatuur rondom het alter ego van ‘lijdend popicoon', dat haar in staat stelde zich uit te drukken over thema's zoals zelfhaat, misogynie en faalangst, thema’s die in een Instagram era taboe zijn geworden. In haar werk staat de notie van 'lijden' centraal, meer bepaald het lijden van vrouwelijke personages van in de klassieke tijd tot in de huidige beeldcultuur.
Naast haar eigen werk als theatermaker, speelt Naomi ook als actrice in theater, film en televisieseries. Ze maakte haar filmdebuut in Out of love (2015) van Paloma Aguilera Valdebenito, speelde in Cobain van Nanouk Leopold (2018) en in Het Smelt van Veerle Baetens (première 2022).
In het seizoen 2022-2023 maakt ze bij Toneelhuis, Theater Utrecht en Orkater de voorstelling Atropa, een intersectionele tragedie op techno and trap, naar de tekst van Tom Lanoye.
“Het is niet waar dat ik een radicale feminist ben geworden. Ik zet wel overal vraagtekens bij. Ik heb een voorstelling gemaakt over radicaal feminisme, maar daarin laat ik ook zien wat de schaduwzijde kan zijn van dat radicale feminisme.” - uit: Ik vraag me af of ik als kunstenaar wel aan duiding of verbinding moet doen.