Acteur danois, Nicolas Bro a fait ses classes à l’École nationale de théâtre du Danemark dont il est diplômé en 1998. A partir de cette époque, il commence à apparaître dans de nombreux courts-métrages, puis des séries télévisées. Au cinéma, il est surtout repéré dans le succès local Les bouchers verts (Jensen, 2003) et restera ensuite fidèle au cinéaste qui l’emploie régulièrement. On le revoit ainsi dans Adam’s Apples (2005), mais aussi dans le très sympathique Dark Horse (Kári, 2005).
Par la suite, il poursuit sa quête de rôles secondaires dans The Good Heart (Kari, 2009), le très bon Brotherhood (Donato, 2009) et la deuxième saison de la série The Killing en 2009. En 2011, il est choisi par Steven Spielberg pour jouer dans son Cheval de guerre, puis en 2013 par Lars von Trier pour jouer dans son sulfureux Nymphomaniac – Volume 1. Parallèlement, il est toujours aussi actif à la télévision et reste fidèle à Jensen pour Men & Chicken (2015) et Riders of Justice (2020).
Durant cette période plus récente, il a également été vu dans Les Enquêtes du Département V : Dossier 64 (Boe, 2018), ainsi que dans Domino, la guerre silencieuse (De Palma, 2019), malheureusement le plus mauvais film de son prestigieux metteur en scène. Il est toujours très actif et participe actuellement au revival de la série L’hôpital et ses fantômes (2022).