Nils Dörgeloh est un acteur allemand qui a commencé sa carrière au cinéma après avoir réussi dans le monde des affaires. Il s'est formé à la Schule für Schauspiel Hamburg et au William Esper Studio à New York, avant de poursuivre ses études de théâtre classique au Michael Chekhov Studio Berlin, complétées par des cours supplémentaires à Los Angeles.
Il a d'abord joué au théâtre avant de faire ses débuts au cinéma dans la comédie Coming In (2014) de Marco Kreuzpaintner. Il a également participé à l'adaptation du roman de Benedict Wells Becks letzter Sommer (2015) réalisée par Frieder Wittich, aux côtés de Christian Ulmen.
Dörgeloh a connu une reconnaissance plus large grâce à son rôle récurrent dans la série comique primée Jerks (2017), où il joue aux côtés de Christian Ulmen et Fahri Yardim, ce qui lui a valu le prix Quotenmeter du meilleur acteur dans un rôle secondaire. Il a endossé des rôles dramatiques dans plusieurs productions de Tatort, notamment le très acclamé Im toten Winkel (2018) réalisé par Philip Koch.
Il a tenu un rôle récurrent dans la miniserie SWR Labaule & Erben (2018) (basée sur une idée de Harald Schmidt, réalisée par Boris Kunz) aux côtés d'Uwe Ochsenknecht, et un rôle principal dans la série VOX Milk & Honey (2018). Plus récemment, il a participé aux débuts cinématographiques de Daniel Brühl en tant que réalisateur avec Nebenan (2021) (À côté), qui a été en compétition au 71e Festival international du film de Berlin.