Zadebiutował w kartingu jako 10-latek, skąd w 2005 roku trafił do niemieckiej Formuły BMW i od razu w sposób jednoznaczny i niezagrożony zdobył tytuł. Rok 2006 spędził w zespole A1 Grand Prix i znowu wygrał niemiecką serię F3. Następnie przeniósł się do europejskiej wersji Formuły 3; ukończył na trzecim miejscu, by już w następnym roku odnieść zwycięstwo. W 2007 roku wykonał testy dla Williams F1 i zrobił tak duże wrażenie, że zaoferowano mu fotel kierowcy testowego na sezon 2008. Jednocześnie Nico przeniósł się do azjatyckiej serii GP2, gdzie zdobył tytuł jeszcze przed finalnym wyścigiem, co zdarzyło się pierwszy raz w historii tej serii. Pod koniec sezonu 2009 Williams F1 ogłosił, że w sezonie 2010 Hulkenberg będzie partnerem Rubensa Barichello.