Nata a Robbins - Illinois - nel dicembre 1932, Grace Dell Nichols - meglio nota con il nome d’arte Nichelle Nichols - si è sempre considerata soprattutto un’attrice di teatro. Il suo debutto avviene infatti nello sfortunato musical Kicks and Co (1961) di Oscar Brown. Una satira sottilmente velata della rivista «Playboy» in cui interpreta il personaggio di Hazel Sharpe, la voluttuosa reginetta del campus tentata dal diavolo e da «Orgy Magazine» di diventare la “Orgy Maiden del mese”. Nonostante che lo spettacolo si sia concluso dopo poche rappresentazioni a Chicago, N. Nichols viene notata da Hugh Hefner, l’editore di «Playboy», il quale la vuole nel suo Chicago Playboy Club.

Appare anche nel ruolo di Carmen in una rappresentazione del musical Carmen Jones e si esibisce in una produzione newyorkese di Porgy and Bess. Fra gli impegni di recitazione e come cantante svolge occasionalmente anche l’attività di modella. Fra la fine degli anni Cinquanta e l’inizio dei Sessanta partecipa a varie tournée come cantante dei gruppi di supporto di musicisti del calibro di Duke Ellington e Lionel Hampton.

Sulla West Coast appare nei musical The Roar of the Greasepaint - The Smell of the Crowd e For My People ed ottiene numerosi riconoscimenti per la sua performance nella pièce Blues for Mister Charlie di James Baldwin. Prima di esser ingaggiata per Star Trek, appare nella serie tv The Lieutenant (1963-64) - prima serie prodotta da Gene Roddenberry ed interpretata da Gary Lockwood e Robert Vaughn - nell’episodio To Set It Right, che affronta il tema del pregiudizio razziale.

A partire dal 1966 raggiunge il successo internazionale interpretando il personaggio del tenente Uhura nella celeberrima serie tv di fantascienza Star Trek (1966-69), con William Shatner, Leonard Nimoy e DeForest Kelley. È una fra le primissime donne afroamericane ad interpretare un ruolo non subalterno in una serie tv importante.

In epoche successive riprenderà il ruolo in alcune fra le versioni cinematografiche della saga: Star Trek (1979) di Robert Wise, Star Trek II - L’ira di Khan (1982) di Nicholas Meyer, Star Trek III - Alla ricerca di Spock (1984) di Leonard Nimoy, Star Trek IV - Rotta verso la Terra (1986) di L. Nimoy, Star Trek V - L’ultima frontiera (19899 di William Shatner, Star Trek VI - Rotta verso l’ignoto (1991) di N. Meyer.

Nel corso della serie tv della fine degli anni Sessanta raggiunge l’apice della notorietà quando, nell’episodio Umiliati per forza maggiore (1968) è protagonista di quello che viene considerato uno fra i primissimi baci “interrazziali” della tv americana: quello con il Capitano Kirk (William Shatner). Una scena che pare venne girata una trentina di volte. Questo ed altri episodi non verranno trasmessi dalla britannica BBC, che li riteneva inadatti ad un pubblico giovanile.

L’attrice ottiene anche il plauso personale da parte di Martin Luther King (1929-1968), il quale si dichiarerà suo fan e la convincerà a non abbandonare la serie dopo la prima stagione (1966-67). N. Nichols, infatti, mostrava di preferire il teatro ed i musical alla tv, ma M. L. King la fa riflettere sulla grande importanza, per la collettività americana, di vedere una donna afroamericana in un ruolo di primo piano a fianco di colleghi bianchi e maschi, e perdipìù su una plancia di comando (in questo caso dell’Enterprise, l’astronave su cui, come è noto, i protagonisti di Star Trek viaggiano attraverso lo spazio).

Nel gennaio del’67 appare sulla copertina di «Ebony», che nei quattro anni seguenti le dedicherà due articoli.

Nel 2007 partecipa ad alcuni episodi della serie tv Heroes (2006-2010) nel ruolo di Nana Dawson, nonna di Micah (interpretato da Noah Gray-Cabey).

Fra i film in cui è apparsa ricordiamo Porgy and Bess (1959) di Otto Preminger, con Sidney Poitier, Dorothy Dandridge, Sammy Davis Jr, Diahann Carroll e Pearl Bailey, La ragazza made in Paris (1966) di Boris Sagal, Una donna senza volto (1966) di Delbert Mann, con James Garner, Jean Simmons, Suzanne Pleshette e Angela Lansbury, E’ tempo di uccidere detective Trek (1974) di Jonathan Kaplan, The Supernaturals (1986) di Armand Mastroianni, Snow Dogs - 8 cani sotto zero (2002) di Brian Levant, Serge of Power: The Stuff of Heroes (2004) di Mike Donahue, Io, lei e i suoi bambini (2005) di B. Levant, Lady Magdalene’s (2008) di J. Neil Schulman, Tru Loved (2008) di Stewart Wade, Scooby-Doo! La maledizione del mostro del lago (2010) di B. Levant, This Bitter Earth (2012) di David Lee Rawlings.

In epoche più recenti, nonostante l’età avanzata e varie difficoltà di salute - cominciate nel 2015 quando era stata colpita da un ictus - era apparsa in Serge of Power: Revenge of the Sequel (2016) di Antonio Lexerot e Vincent J. Roth, The White Orchid (2018) di Steve Anderson, Mr. Malevolent (2018) di Rusty Cundieff e Darin Scott, Serge of Dawn (2019) di Alexander Fernandez, Unbelievable! (2020) di Steven L. Fawcette, Surge of Power: Doctor Who Tribute (2020) di A. Lexerot.

Molto attiva, come già detto, anche in televisione, è apparsa in vari film tv - Great Gettin’ Up Mornin’ (1964) di Richard Franchot, Anthony and Cleopatra (1984) di Lawrence Carra, Le fantastiche avventure di Capitan Zoom (1995) di Max Tash, Star Trek: Renegades (2015) di Tim Russ, Sharknado 5: Global Swarming (2017) di Anthony C. Ferrante - ed in alcuni episodi di serie e miniserie - oltre che nelle già citate The Lieutenant e Star Trek, anche in Peyton Place (1966), Tarzan (1966), Insight (1970), The D.A. (1971), Charlie’s Angels (1977), Segni particolari: genio (1988), Inside Space (1992), G vs E (2000), The Cabonauts (2009), Downward Dog (2017), Space Command (2020), 12 to Midnight (2021).