Nikolaj Coster-Waldau a été formé de 1989 à 1993 au National Theater School au Denmark. Il fait ses débuts au theatre en jouant Laertes dans Hamelet au Betty Nansen Theater.
C'est sont rôle dans le film Nightwatch en 1994 qui lui permet de se faire connaître au Danemark. Après avoir obtenu une certaine notoriété en Europe , il décide de partir à la conquête du cinéma américain.
Il commence sa carrière aux Etats-Unis en 2001 dans le film de Ridley Scott Black Hawk Down. Il décroche ensuite l'un des rôles principaux du film Enigma de Michael Apted, dans lequel il jour aux côtés de Kate Winslet et Dougray Scott.
Il tourne également dans le film de Laurent Bouhnik 24 heures de la vie d'une femme aux côtés d'acteurs français comme Michel Serrault ou Agnès Jaoui.
Nikolaj Coster-Waldau retrouve Ridley Scott dans son film epique Kingdom of Heaven avec Orlando Bloom et Eva Green en 2005. Richard Loncraine le repère dans Wimbledon et lui propose un rôle dans son film Firewall avec Harrison Ford et Paul Bettany.
En plus de son métier d'acteur Nikolaj Coster-Waldau écrit, produit et réalise des film dans son Danemark natal. Il est d'ailleurs le vice président exécutif Hemmingsen Entertainment Corporation et participle à Hemmingsen Creek Productions.
En 2008 dans New Amsterdam, il tient le rôle de John Amsterdam un detective immortel, qui pourra devenir mortel uniquement si il trouve l'amour veritable.
