Nicolas Gravelle naît le 1er décembre 1960 à Montréal, au Québec. Son père, Marcel Gravelle, est un acteur et metteur en scène de théâtre, qui a joué un rôle important dans la formation de sa carrière.
En 1983, Nicolas Gravelle débute à la télévision avec un rôle récurrent dans la série télévisée canadienne "Lance et Compagnie". Il apparaît également dans d'autres séries telles que "Suzie Q" et "Les Belles Histoires des Stratford".
En 1987, Nicolas Gravelle obtient un rôle principal dans la série télévisée canadienne "René le Magicien", qui lui apporte une grande popularité. Il joue le rôle du magicien René pour cinq saisons jusqu'en 1992.
En 1989, Nicolas Gravelle fait ses débuts au cinéma avec un petit rôle dans le film "La Mouette". Puis il apparaît dans des films comme "Candies" en 1998, "30 vies" en 2001 et "Le Diable est-il une femme?" en 2007.
En 2005, Nicolas Gravelle reçoit le prix Gémeaux pour le meilleur acteur dans un premier rôle dramatique pour son rôle dans la série télévisée "Un toit pour trois". Il obtient une nouvelle nomination au prix Gémeaux en 2007 pour son rôle dans la mini-série "La Vie, la mort et la resurrection de Julien Martel".
Nicolas Gravelle est marié à l'actrice canadienne Louise Turcot depuis 1986. Ils ont ensemble trois enfants : une fille et deux garçons.
En 2014, Nicolas Gravelle est intronisé au Temple de la renommée des arts du Québec pour sa carrière exceptionnelle dans le monde de la télévision et du cinéma.
Aujourd'hui, il continue à jouer dans des séries télévisées et des films, notamment dans les séries "Mère inculte" en 2018 et "La Faille" en 2019.