Nicolau Nasoni nasceu em San Giovanni Valdarno di Sopra, na Toscana, a 2 de Junho de 1691. Era o mais velho dos dois filhos de Giuseppe Francesco Nasoni e de Margaretta Rossi.
Em Siena, iniciou a aprendizagem artística e a actividade profissioal no campo da arte efémera (c.1713-1720). Foi discípulo do pintor Giuseppe Nasini (1657-1736), de Franchini e de Vicenzo Ferrati, que contribuíram para a sua formação arquitetónica. Foi, também, influenciado por Pietro da Cortona e por Bernardo Buontalenti. A sua primeira obra terá sido o desenho do catafalco erguido na Catedral de Siena pela ocasião da morte do príncipe Fernando de Médicis.
Depois de uma temporada passada em Roma, Nicolau Nasoni fixou-se em Malta. Nesta ilha, criou pintura ilusionista para o Palácio de La Valetta no tempo do grão-mestre Frei D. António Manuel de Vilhena. De acordo com Robert C. Smith (o maior estudioso de Nasoni), também terá trabalhado nos palácios de Verdala e de Santo Antão.
Em Malta, conheceu Frei Roque de Távora e Noronha, irmão de Jerónimo de Távora e Noronha Leme Cernache, deão da Sé do Porto, que terá sido responsável pela sua vinda para o Porto, em 1725.
Nesta cidade, casou com uma napolitana, em 1729, da qual teve um filho. Tendo enviuvado, casou em 1730 com Antónia Mascarenhas Malafaia, da qual teve cinco filhos.
Numa primeira fase da sua carreira artística em Portugal dedicou-se à pintura cenográfica, barroca e prenunciadora do rococó, mas veio depois a riscar arquitetura, tornando-se rapidamente na figura cimeira da arte do Porto da primeira metade do século XVIII.
Entre 1725 e 1733 executou pintura a têmpera para a Sé do Porto: na capela-mor, sacristia e provavelmente no corpo da igreja. Pintou as abóbadas da nave central e das naves lateraias da Catedral de Lamego (cerca de 1737-38). Fez pintura para a Igreja de Santa Eulália da Cumieira, em Santa Marta de Penaguião, para a Igreja do Convento de S. António de Ferreirim, em Lamego, para a Igreja Matriz de Tarouca, para a Casa do Despacho, para a Igreja da Venerável Ordem Terceira de S. Francisco e para o Palácio do Freixo, no Porto.
Como arquiteto, projetou a igreja, a enfermaria-secretaria e a torre dos Clérigos e riscou uma planta para o Paço Episcopal do Porto (1734). Desenhou fontes e chafarizes como, por exemplo, o que hoje se integra no Santuário de Nossa Senhora dos Remédios, em Lamego, e o do Anjo S. Miguel, junto à galilé da Sé do Porto. Riscou a nova frontaria da Igreja do Bom Jesus de Matosinhos (1743-48), a sua única obra de cariz horizontalante, reconstruiu a Igreja Matriz de Santa Marinha, na zona ribeirinha de Vila Nova de Gaia (1745), e participou nas obras da igreja da Misericórdia do Porto durante a viragem da primeira para a segunda metade do século XVIII. Para essa Igreja traçou uma majestosa frontaria de pendor rococó.
Nicolau Nasoni foi autor de projetos para a Casa do Despacho da Venerável Ordem Terceira de S. Francisco, no Porto (1746-52) e para a Igreja de Santiago de Bougado, assim como de duas plantas para a Cadeia e Tribunal da Relação do Porto. Projetou obras para casas nobres do Porto e arredores, como as quintas de Santa Cruz do Bispo, de Bonjóia e da Prelada e o Palácio do Freixo; e produziu desenhos para lavatórios de sacristia, pias de água-benta, decorações de jardins, peças de ourivesaria.
Morreu no Porto a 30 de Agosto de 1773, encontrando-se sepultado na igreja dos Clérigos.