Николай Костер-Вальдау родился в 1970 году в Рудкобинге, Дания.

С 1989 по 1993 год обучался в Национальной театральной школе в Копенгагене.

Первую роль в театре Костер-Вальдау сыграл в постановке трагедии Шекспира "Гамлет" в Театре Бетти Нансен.

Дебютировал в кино ролью в телевизионном фильме "Slaget på tasken" (1993). Роль в картине "Ночной сторож" (1994) сделала его популярным на родине, после чего Николай участвовал во множестве европейских фильмов и телепроектов.

В 2001 году, Костер-Вальдау сыграл в фильме Ридли Скотта «Падение «Черного Ястреба», восторженно принятого критикой и завоевавшего множестве премий и наград в области кинематографа. В том же году, вместе с Кейт Уинслет и Саффроном Берроузом снимался в картине Майкла Эптида «Энигма».

Сотрудничество с Ридли Скоттом продолжилось в 2005 году фильмом «Царство небесное», где актер сыграл роль деревенского шерифа. В 2006 году режиссер Ричард Локрейн, пригласил его в триллер «Огненная стена», где он играл вместе с Харрисоном Фордом и Полом Беттани.

После актер снялся еще в нескольких фильмах, среди которых «Залечь на дно в Гвинфиде» (2007), «На краю света» (2009), «Блэкторн» (2011), «Охотники за головами» (2011).

Также в 2011 году на экраны вышел сериал телекомпании HBO «Игра престолов» в котором Костер-Вальдау сыграл роль сира Джейме Ланнистера.