Nicolai Niemann kam bereits in jungen Jahren mit dem Filmgeschäft in Berührung: 1983 spielte er die zweite Hauptrolle in dem Jugendfilm "Der Zappler", über die alltäglichen Schulkonflikte eines spastisch gelähmten Jungen. Von 1992 bis 1997 absolvierte Niemann ein Studium als Industriedesigner an der Fachhochschule Potsdam. Parallel dazu studierte er von 1993 bis 1995 im Fachbereich Drehbuch an der HFF Potsdam (heute: Filmuniversität Babelsberg). Danach arbeitete er zwischen 1998 und 2007 für verschiedene Postproduktions- und Visual-Effects-Firmen.

Im Jahr 2007 gründete Nicolai Niemann die Green Me GmbH, eine Filmproduktionsfirma, die auf Inhaltsentwicklung, Skriptentwicklung und die Umsetzung dieser Skripte spezialisiert ist. 2008 rief er das Green Me Global Festival for Sustainability ins Leben, ein Non-Profit-Festival, das Filmen zu Umweltfragen eine Plattform bieten will. Neben seinem Austragungsort Berlin reiste das Festival 2017 auch um die Welt und gastierte in Los Angeles, Cannes, Teheran und Lagos. Zugleich versteht Niemann die Veranstaltung als Schnittstelle für Produzenten, Filmemacher, NGOs und Spezialisten für Nachhaltigkeits- und Umweltfragen.

Daneben zeichnete Nicolai Niemann als Regisseur für zahlreiche, teils preisgekrönte Werbespots verantwortlich. 2012 gehörte er zu den Gründern der Berliner Firma Prophecy FX, die auf visuelle Effekte spezialisiert ist und unter anderem an "Banklady" (2013), "Olympus Has Fallen" (US 2013) und "Die Spiegel-Affäre" (2014) mitwirkte.

Seinen ersten abendfüllenden Film als Regisseur drehte Niemann zusammen mit Carl-A. Fechner: "Climate Warriors" (2018), über Aktivisten und Politiker in Deutschland und den USA, die sich für eine weltweite Energiewende und den Kampf gegen den Klimawandel engagieren.