Nicola Larini va débuter sa carrière en sport mécanique par le moto cross. Mais il s'oriente vers le kart, sans grand succès, à l'âge de seize ans.

En 1983, on le retrouve pourtant en Formule Abarth où il termine neuvième du championnat. La saison suivante, il termine à la troisième place en remportant deux courses. Enzo Coloni lui propose alors d'être le coéquipier de Marco Apicella au sein de son écurie de F3. Au volant d'une Martini MK45, il termine sixième du championnat 1985. En 1986, il remporte le championnat de F3 italienne au volant d'un Dallara 386 en remportant cinq victoires.

Toujours chez Coloni, il passe logiquement en F3000. Malheureusement cette saison 1987 est ratée pour Nicola à cause de l'inefficacité de sa Dallara. Mais c'est également en 1987 que Nicola Larini fait ses débuts en Formule 1 au volant de la première F1 construite par Coloni. Il ne parvient pas à se qualifier à Monza, et abandonne à Jerez pour son premier Grand Prix.

En 1988 il signe chez Osella, équipe peu compétitive, mais il arrive à se qualifier dix fois au cours de la saison et son meilleur classement est une neuvième place lors du Grand Prix de Monaco. Il reste chez Osella en 1989 et réussit quand même à se faire remarquer au cours de la saison en étant sixième au grand prix de Saint-Marin et surtout au Canada ou il sera en troisième position durant neuf tours avant d'être trahi par une panne électrique.

Il rejoint Ligier en 1990 avec deux septièmes places comme meilleur résultat. En 1991, il signe chez Lamborghini, équipe qu'il qualifiera de cauchemar ! Il échoue néanmoins à la porte des points lors du premier Grand Prix de la saison en terminant septième. Ensuite les non pré-qualifications et non qualifications s'enchainent et il ne réussit à se qualifier que pour cinq Grand Prix.

Malgré ses débuts en F1 décevants, il est recruté comme pilote essayeur chez Ferrari en 1992 et remporte la même année le championnat de tourisme italien avec Alfa Romeo. Il dispute les deux derniers Grand Prix de la saison, remplaçant Ivan Capelli limogé pour manque de résultat. Il reste pilote essayeur chez Ferrari la saison suivante et remporte le championnat de tourisme allemand (DTM) toujours au volant d'une Alfa Romeo.

En 1994, toujours pilote essayeur chez Ferrari, il a de nouveau la chance de piloter en course puisqu'il remplace Jean Alesi (blessé en essais privés). Qualifié septième au Grand Prix du Pacifique, il abandonne au premier virage lors d'un accrochage avec Senna.

Lors du Grand Prix suivant, à Imola, il réussira sa meilleure performance en Formule 1 en décrochant son unique podium. Mais Nicola ne peut malheureusement pas profiter pleinement de ce résultat, ce Grand Prix étant marqué par la mort d'Ayrton Senna et de Roland Ratzenberger.

Tout en restant pilote essayeur chez Ferrari Larini participe toujours chez Alfa Romeo au championnat de tourisme allemand où il se classe sixième en 1995 et celui d'Italie ou il termine onzième en 1996.

En 1997, Ferrari va fournir des moteurs à l'écurie Sauber, ce qui va permettre à Nicola de revenir en F1. Il marque un point en Australie mais il ne dispute que les cinq premières courses et quitte en cours de saison l'équipe suisse suite à un désaccord avec Sauber.

Nicola quitte définitivement la Formule 1 et retourne vers le championnat de tourisme avec Alfa Romeo. En 2005, il est recruté par Chevrolet pour participer au nouveau championnat WTCC. Il y reste jusqu'en 2009 et annonce sa retraite à l'issue de cette saison.