Nascido Rolf Åke Mikael Nyqvist em Estocolmo, Suécia, não foi até que ele tinha mais de um ano de idade quando foi finalmente adotado do orfanato ao qual foi dado. Seu pai era advogado e sua mãe escritora. Não foi até que ele teve seu primeiro filho que ele decidiu procurar seus pais biológicos. Depois de uma longa viagem, ele conheceu sua mãe biológica, que é sueca e agora está próxima de seu pai biológico, que é italiano e farmacêutico.
Atuar nem sempre estava originalmente na agenda de Nyqvist. Uma carreira no hóquei era desejada até que uma lesão o levasse a uma aposentadoria precoce. Aos 17 anos, Nyqvist foi para Omaha, Nebraska, na América, como estudante de intercâmbio por um ano. Este é o lugar onde sua paixão por atuar despertou pela primeira vez. Ele teve suas primeiras aulas de atuação e desempenhou, além de outros papéis, um papel em uma versão escolar do drama Death of a Salesman, de Arthur Miller.
No entanto, ao retornar à Suécia, ele foi aceito na escola de Ballet, mas depois de um ano desistiu insistindo que era muito "rígido" e que rodopios e reviravoltas não eram para ele. Uma ex-namorada sugeriu tentar teatro e, aos 19 anos, ele foi aceito na Escola Acadêmica de Drama da Suécia em Malmö. Ele então começou a trabalhar principalmente no teatro, mas também teve vários papéis em produções cinematográficas.
Ele se tornou conhecido por seu papel como policial Banck na primeira série de filmes de Beck (1997), feita em 1997. Sua grande descoberta no cinema europeu veio três anos depois, quando ele estrelou como Rolf, um marido alcoólatra e abusador, em um filme de Lukas Moodysson intitulado Together (2000). Esse papel rendeu-lhe sua primeira indicação a Guldbagge (Melhor Ator Coadjuvante) e lhe rendeu o prêmio de Melhor Ator no Festival Internacional de Cinema de Gijón.
Os elogios, prêmios e indicações fluíram a partir daí. Em 2002, Nyqvist interpretou o protagonista da comédia-drama romântica sueca, The Guy in the Grave Next Door (2002), dirigido por Kjell Sundvall e baseado no romance homônimo escrito por Katarina Mazetti. Ele ganhou o prêmio Guldbagge de Melhor Ator por sua atuação. No ano seguinte, Nyqvist estrelou o papel principal em As It Is in Heaven (2004), que foi indicado ao Oscar de Melhor Filme Estrangeiro, e sua atuação como maestro de renome internacional valeu a Nyqvist sua segunda indicação ao prêmio Guldbagge de Melhor Ator. Em 2006, ele foi indicado ao prêmio Guldbagge de Melhor Ator Coadjuvante por seu papel no filme Mother of Mine (2005).
Nos anos seguintes, ele estrelou vários outros filmes e peças no Royal Dramatic Theatre. Um papel notável que Nyqvist interpretou foi o do embaixador sueco Harald Edelstam no filme The Black Pimpernel (2007). Edelstam foi um herói que salvou várias vidas da execução no Chile durante e depois do cupê militar em setembro de 1973.
Em 2008, foi anunciado que Nyqvist foi escolhido para estrelar como Mikael Blomkvist do fenômeno literário, a Trilogia do Milênio escrita por Stieg Larsson. Os tablóides escandinavos especularam por muito tempo que o ator sueco Mikael Persbrandt poderia ser escolhido para o papel de Blomkvist até que Niels Arden Oplev afirmou que 'ele não teria sido adequado para o papel.' Oplev precisava de 'um humanista com o coração no lugar certo, um ursinho de pelúcia sueco que as mulheres se sentissem seguras em seus braços ... um homem que respeitasse as mulheres, independentemente de seu tipo.' As capacidades de Nyqvist como ator e sua personalidade pública deram-lhe o papel.
The Girl with the Dragon Tattoo (2009) e suas sequências, The Girl Who Played with Fire (2009) e The Girl Who Kicked the Hornet's Nest (2009) foram lançados em 2009 em toda a Europa e no ano seguinte, no resto do mundo. A Garota com a Tatuagem do Dragão foi aclamada pela crítica internacional. Oplev, Noomi Rapace (que estrelou como Lisbeth Salander, protagonista feminina da trilogia) e Nyqvist ganharam reconhecimento internacional. Nyqvist disse que seu papel como Blomkvist "o colocou no mapa internacional". Ele recentemente terminou de filmar The Man from Beijing (2011) baseado no romance do conhecido escritor policial sueco Henning Mankell, e Abduction (2011) dirigido por John Singleton. Mankell especulou e falou que Nyqvist seria sua primeira escolha para interpretar o primeiro-ministro sueco Olof Palme, assassinado em 1986. Nyqvist está em Missão: Impossível - Protocolo Fantasma (2011), estrelando como o principal vilão do filme .
Nyqvist é casado com a cenógrafa Catharina Ehrnrooth e tem dois filhos Ellen (nascida em 1991) e Arthur (nascida em 1996).
