Nicole nació el 20 de junio de 1967 en Honolulu, Hawaii (EE.UU.), donde su padre Anthony, un bioquímico, desarrollaba un proyecto de investigación. Su madre se llama Janelle y tiene también una hermana tres años más joven: Antonia, que es reportera de TV. Dispone de la doble nacionalidad, australiana y estadounidense.
Era una niña de carácter fuerte y resuelto, incluso rebelde, según ella misma admite, que mostró una vocación artística precoz: ingresó a los cuatro años en una escuela de ballet, a los ocho daba clases de mímica y a los diez de arte dramático.
En todas estas actividades, que complementaban sus estudios convencionales, contó siempre con el beneplácito de sus padres, que consideraban interesante que desarrollara su imaginación. Después se pasaba todos los fines de semana en el teatro de la calle Phillip, fascinada por su ambiente.
A los catorce años tuvo su primer papel profesional en Bush Christmas, una película infantil para la televisión, a la que siguieron pronto otros en BMX Bandits, y en la serie de televisión Winners.
En los siguientes tres años interviene en media docena de películas, hasta que John Duigan la llama para interpretar un papel en la mini-serie Vietnam, que significó el auténtico arranque de una carrera, que llegaría en 1989 a su reconocimiento internacional con la angustiosa Dead Calm, junto a Sam Neill y Billy Zane.
En 1990 empieza su etapa americana, al ser llamada a hacer una prueba para Days of Thunder, con Tom Cruise. Al conocerse ambos, Nicole, que mide 180, observó embarazada que era notablemente más alta que él, y dio por descontado que esto sería un problema insalvable. Bueno, al menos conoceré Los Angeles, pensó. Al día siguiente el productor la llamó para comunicarle que el papel era suyo. ¿Y el problema de la altura?, preguntó. A Tom no le importa contestaron- y a nosotros tampoco.
Durante los cinco meses de rodaje empezaron a surgir rumores de romance, lo que provocó una autentica persecución de paparazzi. Entonces Tom estaba casado con la actriz Mimi Rogers, y ambos lo negaron. Sin embargo él se divorció al poco tiempo, lo que permitió oficializar una relación que desembocaría en boda el 24 de diciembre de 1990, en Telluride (Colorado). Tienen dos hijos adoptados: Isabella Jane (1993) y Connor Anthony (1995)
Su trabajo en Dead Calm llamó la atención de Robert Benton (Kramer contra Kramer) quien pensó que sería perfecta para su próxima película: Billy Bathgate, que iba a rodar con Dustin Hoffman, y la llamó por teléfono cuando ella estaba terminando Days of Thunder. Al poco de finalizado éste, Nicole fue a Nueva York y pronto empezó la filmación.
Viene después una nueva película con Tom: Far and Away. La primera que se rodaba en 70 mm en muchos años; el thriller Malice, con Alec Baldwin y Bill Pullman, donde encarna por primera vez a una "femme fatale"; y la comedia-dramática My Life, con Michael Keaton.
En 1995 es la Dra. Chase Meridian, en Batman Forever, que debía interpretar Rene Russo, para después protagonizar con Matt Dillon, el thriller To Die For. Ya de 1996 es su película más importante, y que le valió una nominación para los Oscars: Portrait of a Lady, basada en una obra de Henry James. Dirigida por Jane Campion, cuenta la historia de una joven que visita Inglaterra y se enamora de un inglés (John Malkovich) que vive en Roma.
Tras unos meses de merecido descanso rueda, en 1997 The Peacemaker, y al año siguiente Practical Magic, con Sandra Bullock, hizo, de nuevo compartiendo reparto con quien fuera su marido Tom Cruise: Eyes Wide Shut, la controvertida obra póstuma del genial Stanley Kubrick. Luego, llegaron películas como Moulin Rouge, con la cual ganó un Oscar, Los Otros de Alejandro Amenabar, donde su papel también fue destacado y reconocido en la critica mundial para luego hacer Oscura Seducción del director Jezz Butterworth. Actualmente se acaba de estrenar The Hours, una dramática cinta donde Kidman comparte escenario con Meryl Streep y Julianne Moore y por la que recibió un Globo de Oro.
Bush Christmas (1983)