Né en 1987, Nicolas Hülkenberg débute en Karting à l'âge de dix ans. En 2001 il remporte le championnat junior d'Italie. Il conserve son titre en 2002, et devient la même année champion d'Allemagne, toujours dans la catégorie junior.

En 2003, Hülkenberg est champion d'Allemagne de Karting. Son manager est alors le célèbre Willi Weber, qui patronne entre autres Michael et Ralf Schumacher. Weber n'hésitera d'ailleurs pas à comparer son jeune protégé au septuple champion du monde. Pour 2004, Nico tente de conserver sa couronne allemande, mais ne finit finalement que vice-champion derrière Helmut Sanden.

En 2005, il fait ses débuts en monoplace, dans le championnat allemand de Formule BMW. Il y fait une excellente impression puisqu'il remporte huit victoires en vingt-et-une courses, et décroche le titre avec une grande aisance. Il triomphe aussi lors du championnat du monde de Formule BMW, mais est déclassé pour une manœuvre douteuse sous le régime de la voiture de sécurité.

Hülkenberg passe dans le championnat d'Allemagne de Formule 3 en 2006. Son irrésistible ascension est alors quelque peu ralentie puisqu'il ne termine que cinquième. C'est surtout au cours de l'intersaison 2006-2007 qu'il se révèle à nouveau, en A1GP. Il y pilote pour l'équipe nationale allemande. Bien que le niveau de cette compétition soit médiocre, il y remporte neuf victoires et offre aisément le titre à son pays. Ce succès, relativement médiatisé malgré le peu d'intérêt de l'épreuve, donne à l'Allemand une certaine notoriété.

En 2007, il passe en F3 Euroseries au sein de la prestigieuse équipe ASM. Il ne peut jouer le titre, contrairement à son équipier romain Grosjean, mais remporte tout de même quatre belles victoires. De plus il gagne les Masters de F3 à Zolder. Grâce ces performance et à l'appui de Weber, il peut effectuer en décembre ses premiers tours de roues en Formule 1, au volant d'une Williams. Comme un autre Nico dénommé Rosberg, il voit désormais sa carrière chaperonnée par l'écurie de Sir Franck. Ses bons chronos réalisés au cours d'essais lui donnent ainsi le baquet de troisième pilote pour 2008.

La saison suivante, Hülkenberg écrase la F3 Euro Series avec sept victoires et remporte le titre. Il est désormais mûr pour l'étape supérieure : le GP2. Pour cela il poursuit l'aventure avec ASM, rebaptisée ART à cet échelon, tandis que Williams le reconduit au poste d'essayeur.

Durant l'hiver 2008-2009, il dispute quatre courses des GP2 Asia, et signe une pole à Bahreïn et une victoire au Qatar. Mais l'important est la saison régulière. Le début du championnat est dominé par le pilote franco-suisse Romain Grosjean et Nico commence très doucement sa saison. Il se réveille à domicile au Nürburgring en remportant les deux courses du week-end, un rare exploit. Il l'emporte ensuite en Hongrie et se rapproche dangereusement de Grosjean. Ce dernier part en F1 au mois d'août, ce qui lui laisse le champ libre. Vainqueur à Valence et au Portugal, il devient le cinquième champion de l'histoire du GP2 avec cent points tout rond au compteur.

Après avoir remporté tous les titres dans les catégories inférieures, Nico Hülkenberg peut faire ses débuts en Formule 1 en 2010. Williams-Cosworth le titularise en effet aux côtés du vieux Rubens Barrichello.

Celui que l'on surnomme « The Hulk » connait des débuts assez difficiles. La Williams-Cosworth n'est pas très bonne en début de championnat et le jeune Allemand est assez nettement dominé par un Barrichello toujours fringant. Sa seule belle course en début de championnat est le GP de Malaisie, où il se qualifie cinquième et finit dixième. Sa deuxième partie de saison est d'un autre acabit. La FW31 s'étant améliorée, Hülkenberg obtient de meilleures qualifications, accroche plus régulièrement les points et devance assez souvent Barrichello. Il termine notamment sixième en Hongrie et septième en Italie, où il se taille une réputation de pilote rugueux, extrêmement difficile à dépasser.

Mais le grand moment de sa saison a lieu le 6 novembre, jour des qualifications du GP du Brésil. Sur une piste humide mais en passe de s'assécher, il fait le pari de chausser en premier des pneus secs et devient l'homme le plus rapide en piste, ce qui lui permet de signer une incroyable première pole position, avec plus d'une seconde d'avance sur la Red Bull de Vettel. Une performance d'autant plus belle qu(il s'agit de la première pole de Williams depuis cinq ans. En course toutefois il ne peut pas faire autrement que de rétrograder dans le peloton, mais résiste tout de même longtemps à la Ferrari du leader du championnat Fernando Alonso. Il finit cet incroyable week-end à la huitième place et sa saison quatorzième du général, avec 22 points au compteur.

Après cette année plutôt satisfaisante, il apparaît logique que Nico soit reconduit pour 2011. Or l'équipe Williams subit fin 2010 le départ d'un grand nombre de ses sponsors, notamment RBS et Philips. Là dessus se pointe le pilote vénézuélien Pastor Maldonado, champion de GP2, qui propose à l'équipe une somme astronomique en échange d'un volant de titulaire. Frank Williams et Adam Parr ne peuvent guère hésiter devant ces conditions. Barrichello étant indéboulonnable, l'écurie britannique doit se séparer de Hülkenberg.

L'Allemand se tourne vers l'équipe Force India dont il espère obtenir le deuxième baquet aux côtés d'Adrian Sutil. Mais Mercedes, qui motorise l'écurie anglo-indienne, obtient la titularisation de Paul di Resta. Hülkenberg doit se contenter du poste de troisième pilote, et ne dispute ainsi que les essais du vendredi de chaque Grand Prix. 2011 est donc pour lui année de transition en attendant de retrouver une place de titulaire en 2012.

Nico dispute ainsi quatorze séances d'essais libres en 2011 au cours desquelles il se fait positivement remarquer. Très vite, son avenir apparaît assuré car son patron Vijai Mallya souhaite se débarrasser d'Adrian Sutil.

C'est donc en toute logique que Mallya annonce qu'en 2012 Force India-Mercedes engagera un duo di Resta/Hülkenberg. Le jeune Allemand semble arriver à point nommé dans une équipe en pleine ascension, aspirant à devenir sous peu une nouvelle écurie de pointe.

Pour son retour en Formule 1, Hülkenberg abandonne dès le premier tour suite à un accrochage avec Romain Grosjean malgré sa qualification en Q3. Parti en seizième position en Malaisie, il profite des conditions climatiques changeantes pour rapporter les points de la neuvième place. Il termine hors des points lors des deux Grand Prix suivants. Alors que son coéquipier rapporte de gros points avec des sixièmes et septièmes positions en course, Hülkenberg doit se contenter de dixième et de huitièmes places. Pour le GP d'Europe, il s'élance en huitième position. Il profite d'une course animée en abandons et en accrochages pour signer le meilleur résultat de sa carrière avec une cinquième place.

De retour sur les circuits après la pause estivale, Hülkenberg échoue à la porte de la Q3. La course sera tout autre : grâce à un excellent départ, il pointe en troisième position à la fin du premier tour. Il terminera au pied du podium, améliorant son meilleur résultat en carrière et signant le meilleur résultat de Force India depuis le podium de Fisichella en 2009, une nouvelle fois en Belgique. On commence alors à parler de Hülkenberg en remplacement de Massa ou de Hamilton, au cas où ce dernier partirait chez Mercedes. Il connaît deux Grands Prix difficiles en Italie et à Singapour. Toutefois, sur les six dernières courses, il marque cinq fois de gros points avec deux huitièmes places, une sixième place, une huitième et une cinquième place au Brésil. Au Brésil, Hülkenberg s'élance sixième mais parvient à suivre le rythme des leaders si bien qu'il pointe au deuxième rang à la fin de la première vague de ravitaillement. Il parvient à dépasser Button et mène une course pour la première fois de sa carrière. Toutefois, lors de la lutte avec Hamilton pour reprendre son bien après la deuxième vague de ravitaillement, il s'accroche. Hamilton abandonne et Hülkenberg est pénalisé par un drive-through car jugé responsable de l'accrochage. Il voit ses espoirs de podium et de victoire s'éloigner. Il termine cinquième.

Il termine onzième du championnat devant son coéquipier avec 63 points.

Pour la saison 2013, il choisit de rejoindre Sauber pour deux saisons afin de conduire une voiture plus compétitive et qui puisse se battre pour la victoire.

Malheureusement, la Sauber C32 n'est pas au niveau. Il inscrit seulement 7 points au cours des dix premiers Grands Prix. Il domine outrageusement son rookie de coéquipier, Esteban Gutierrez. Parallèlement, Sauber connaît de grosses difficultés financières et ne parvient pas à payer son pilote. Hülkenberg rompt alors son contrat et est libre de tout engagement pour la saison 2014, si bien qu'on l'annonce chez Lotus en cas de départ de Räikkönen ou de licenciement de Grosjean. Mais pas seulement, il est aussi annoncé en remplacement de Massa.

A mi-saison, Hülkenberg est quinzième du championnat avec 7 points.