Nikolaj Coster-Waldau è protagonista della premiata serie della HBO, Game Of Thrones, nel ruolo di "Jamie Lannister". La serie acclamata dalla critica, creata da David Benioff e D.B. Weiss, è basata sui romanzi best-seller di George R. R. Martin. Nel 2018, la serie ha vinto il suo terzo Emmy nella categoria "Outstanding Drama Series" e Nikolaj ha ricevuto le nomination per i seguenti premi: Primetime Emmy, Screen Actors Guild, Critic’s Choice e People's Choice.

Coster-Waldau ha recitato nel film drammatico danese della regista premio Oscar® Susanne Bier, Second Chance, presentato in anteprima al Toronto Film Festival. È apparso in Small Crimes di Netflix, e in Shot Caller di Bold Films al fianco di Lake Bell e Jon Bernthal, dello scrittore/regista Ric Roman Waugh. Ha anche recitato nel fantasy di Summit Pictures, Gods Of Egypt, al fianco di Geoffrey Rush e Gerard Butler, così come nel film indipendente Mille volte buonanotte, con Juliette Binoche, dove interpreta il marito di una fotografa di guerra che lotta con la realtà del lavoro di sua moglie. Ha recitato al fianco di Cameron Diaz e Leslie Mann in Tutte contro lui di Twentieth Century Fox e in La madre di Guillermo Del Toro, con Jessica Chastain per Universal Pictures, e al fianco di Tom Cruise in Oblivion di Universal, dello sceneggiatore e regista Joseph Kosinski.

Dopo aver lasciato la sua impronta nell'industria cinematografica e televisiva europea, Coster-Waldau ha rapidamente fatto il suo passaggio al cinema americano. Nel 2001, Nikolaj ha iniziato la sua carriera negli Stati Uniti con un ruolo da protagonista nel film di Ridley Scott, pluripremiato e acclamato dalla critica, Black Hawk Down. In seguito, con un ruolo da protagonista in Enigma di Michael Apted, con Kate Winslet, Dougray Scott e Saffron Burrows.

Ridley Scott ha voluto Nikolaj in Le crociate - Kingdom Of Heaven con Orlando Bloom, Liam Neeson e Eva Green. Inoltre, Richard Loncraine, che ha diretto per la prima volta Nikolaj nel suo film del 2004 Wimbledon al fianco di Paul Bettany e Kirsten Dunst, lo ha reingaggiato per Firewall – Accesso negato, un thriller ricco di suspense interpretato da Harrison Ford.

Coster-Waldau ha debuttato in televisione nel dramma della FOX, New Amsterdam, interpretando "John Amsterdam". È stato poi visto in Virtuality della FOX, diretto da Peter Berg e prodotto da Gail Berman e Lloyd Braun.

Ha recitato al fianco di Ulrich Thomsen in Blekingegade, una serie televisiva danese per TV2, basata sulla banda criminale più pericolosa della Danimarca.

Altri suoi crediti cinematografici includono Headhunters, basato sul romanzo dello scrittore Jo Nesbo; l'esordio alla regia dello scrittore premio Oscar® Mateo Gil, Blackthorn – La vera storia di Butch Cassidy, con Sam Shepard, Stephen Rea e Eduardo Noriega; e ruoli da protagonista nei film Night Watch; Vildspor, che ha anche co-sceneggiato; Misery Harbor; 24 ore nella vita di una donna; Rembrandt; e Manden Bag Dren.

Nel 2016, Coster-Waldau è stato nominato Ambasciatore dell'UNDP (Nazioni Unite), che opera per sensibilizzare e sostenere la campagna Obiettivi Globali, che mira a porre fine alla povertà, a combattere le disuguaglianze e fermare il cambiamento climatico. Nel 2017, ha collaborato con Google per documentare i cambiamenti climatici in Groenlandia. Di recente è tornato da una visita in Ruanda proprio in questo ruolo.

Diplomatosi alla prestigiosa Scuola Nazionale di Teatro in Danimarca, Coster-Waldau risiede a Copenaghen.