Actrice danoise, Connie Nielsen devient mannequin à Paris à l’âge de 18 ans. C’est dans ce contexte qu’elle tourne pour Philippe Clair dans Par où t’es rentré ? On t’a pas vu sortir (1984) avec Jerry Lewis. Par la suite, Connie Nielsen part en Italie où elle suit des cours d’art dramatique et en profite pour jouer dans la série télévisée locale Colletti bianchi en 1988. Elle y tourne également la comédie Vacanze di Natale ’91 (Oldoini, 1991).
Après plusieurs années sans trouver d’emploi satisfaisant, elle s’expatrie aux États-Unis et parvient finalement à décrocher un rôle dans L’associé du diable (Hackford, 1997) où elle incarne une séductrice diabolique. Elle enchaîne alors avec Permanent Midnight (Veloz, 1998), Soldier (Anderson, 1998) et Mission to Mars (De Palma, 2000).
Toutefois, Connie Nielsen marque vraiment les esprits dans son rôle de Lucilla dans le triomphal Gladiator (Scott, 2000). Ses choix suivants, même si ambitieux, ne vont pas lui permettre de retrouver un franc succès. On la retrouve dans Photo Obsession (Romanek, 2002), l’excellent Demonlover (Assayas, 2002) et les moins réussis Traqué (Friedkin, 2003) et Basic (McTiernan, 2003).
Elle est formidable dans le très beau Brothers (Bier, 2004) et confirme ainsi son goût pour les œuvres ambitieuses. Malheureusement, la suite est moins enthousiasmante avec des films qui passent inaperçus comme Le grand raid (Dahl, 2005). On la préfère dans l’excellent Bataille à Seattle (Townsend, 2007), mais elle est noyée dans cette œuvre collective.
Dans les années 2010, elle trouve la rédemption grâce à la télévision qui lui offre des opportunités avec les séries Boss, Following, The Good Wife et Liberty. Au cinéma, elle est visible dans le sulfureux Nymphomaniac – Volume 1 (Trier, 2013), et la production EuropaCorp 3 Days to Kill (McG, 2014). Connie Nielsen décroche alors le rôle de l’Amazone Hippolyta dans Wonder Woman (Jenkins, 2016), qu’elle reprend dans Justice League (Snyder, 2017), Wonder Woman 1984 (Jenkins, 2020) et Zack Snyder’s Justice League (Snyder, 2021).