Nicolas Bro er uddannet fra Statens Teaterskole i 1998, sammen med bl. andre Stine Stengade og Nikolaj Lie Kaas. Han fik sin første større rolle som den udviklingshæmmede og sexgale Otto i tv-serien Rejseholdet. Hans talent for at spille sære karakterer afspejler sig også i hans filmkarriere, hvor han har haft mange markante biroller i danske film som De grønne slagtere, Rembrandt og Adams æbler. Hans første hovedrolle i en spillefilm var rollen som Anker i Jannik Johansens psykologiske thriller Mørke (2005). I 2006 modtog han en Bodil for bedste mandlige birolle for sin præstation i filmen Voksne mennesker. I 2005-06 kunne han opleves på tv i en serie af reklamefilm for Storebæltsbroen sammen med Mads Mikkelsen.  Nicolas Bro modtog i 2007 en Bodil i kategorien bedste mandlige hovedrolle for filmen Offscreen. Nicolas Bro var i en periode ansat på Det Kongelige Teater og har haft flere teaterroller på bl.a. Aveny-T, Kaleidoskop, Grønnegårdsteatret og Mungo Park. Som dramatiker har Nicolas Bro bl.a. skrevet stykkerne Natsværmerne og Guddommeliggørelsen af den laveste fællesnævner til Mammutteatret og Himmelstormerne til Østre Gasværk Teater. Han spillede Hamlet i den første forestilling i det nye skuespillerhus (2008) og fik fremragende anmeldelser samt Årets Reumert for sin præstation. Samme år var Nicolas Bro vært i "Zulu Awards" på TV 2 Zulu. Nicolas Bros skuespil findes bevaret i Dramatisk Bibliotek på Det Kongelige Bibliotek.