Nathan Fillion nasceu em 27 de março de 1971 em Edmonton, Alberta, Canadá. Ele é filho de Cookie (Early) e Bob Fillion, ambos professores de inglês aposentados, e tem um irmão mais velho, Jeff. No Canadá, ele frequentou a Holy Trinity Catholic High School, Concordia University College of Alberta e University of Alberta. Antes de se mudar para Nova York em 1994, ele participou de teatro de improvisação, incluindo Theatresports com Rapid Fire Theatre e a novela improvisada Die-Nasty. Ele também apareceu em um filme de TV Ordeal in the Arctic (1993), estrelado por Richard Chamberlain e em Strange and Rich (1994).
O primeiro papel regular de Fillion foi em uma novela diurna, One Life to Live (1968), como Joey Buchanan, pelo qual foi indicado em 1996 para um Daytime Emmy Award. Ele deixou a série depois de três anos em 1997. Durante o final de 1990, ele apareceu em pequenos papéis nos filmes Saving Private Ryan (1998) e Blast from the Past (1998). Fillion também estrelou em Das Bootie, Mama's Got a Brand New Bag (1998) e Starcrossed (1999). Sua maior chance até então aconteceu em 1998, quando ele foi escalado como Johnny Donnelly na 2ª temporada de Two Guys, a Girl and a Pizza Place (1998) ao lado de Traylor Howard, Ryan Reynolds, Richard Ruccolo e Suzanne Cryer. Ele estrelou o show por 60 episódios.
Depois que "Two Guys" terminou em 2001, Fillion ganhou elogios da crítica e um grande culto de fãs quando estrelou como Capitão Malcolm Reynolds em Firefly de Joss Whedon (2002). Infelizmente, o show foi cancelado prematuramente no final de 2002. Ele também estrelou vários episódios de dois programas de TV de curta duração, Pasadena (2001), como Rev. Glenn Collins e Miss Match (2003), como Adam Logan. Em 2003, Whedon deu a Fillion outra chance de mostrar seu alcance quando ele escalou Fillion como o pregador distorcido Caleb, um vilão, na temporada final de Buffy the Vampire Slayer (1997). Antes e depois de "Firefly", Fillion apareceu em muitos filmes, Dracula 2000 (2000), Alligator Point (2003), Water's Edge (2003), If Dad Only Knew (2004) e Hollywood Division (2004).
Whedon prometeu ressuscitar "Firefly" de alguma forma, e Fillion interpretou o Capitão Reynolds novamente no longa-metragem Serenity (2005). Fillion seguiu este filme com mais papéis principais na tela grande, na comédia de terror Slither (2006), em White Noise 2: The Light (2007), no sucesso indie Waitress (2007) ao lado de Keri Russell e em Trucker (2008). Ele também continuou a ser uma força na televisão, estrelando a curta série da Fox-TV Drive (2007) e aparecendo em um papel recorrente como Dr. Adam Mayfair na 4ª temporada de Desperate Housewives (2004), ao lado de Dana Delany. . Ele também apareceu em I Do (2006) e foi dublador em muitos videogames (por exemplo, Halo 3 (2007)).
Em 2008, ele fez sua primeira parte como cantor (e cimentou seu apelo cult) como Capitão Martelo no sucesso musical da Internet de Whedon, Dr. Horrible's Sing-Along Blog (2008), com Neil Patrick Harris, Felicia Day e Simon Helberg. Em 2009, ele foi escalado como o personagem-título Richard Castle na série de televisão de sucesso da ABC, Castle (2009). O show foi ao ar mais de 160 episódios e Nathan Fillion ganhou quatro People's Choice Awards de Ator de TV Dramática Favorito, a partir de 2016. Em 2018, Fillion assumiu o papel principal em The Rookie (2018) como John Nolan, um contratado que começa de novo como um policial novato no LAPD após um evento que mudou sua vida. Além de estrelar em "Castle", ele apareceu em muitos filmes, em Super (2010) como The Holy Avenger, em Much Ado About Nothing de Joss Whedon (2012) como Dogberry, o incompetente chefe de segurança, em Percy Jackson: Sea of Monsters (2013) como Hermes e em Thrilling Adventure Hour Live (2015).
Seus créditos como dublador são numerosos: em Bright Lights, Dean City (2010) como Brown Widow, em Wonder Woman (2009) como Steve Trevor, em Green Lantern: Emerald Knights (2011), Justice League: Doom (2012) , Justice League: The Flashpoint Paradox (2013) e Justice League: Throne of Atlantis (2015) como Hal Jordan/Lanterna Verde, em Robot Chicken: DC Comics Special (2012) como Green Lantern/Mr. Congele, no American Dad! (2005), em Monsters University da Pixar (2013) como Johnny, em Guardiões da Galáxia (2014) como Monstrous Inmate e em Gravity Falls (2012) como Preston Northwest. Ele também dubla o protagonista, Shojun no filme de animação, Yamasong: March of the Hollows (2017). Ele também continuou dublando personagens em videogames, como em Destiny (2014) e em Halo 5: Guardians (2015).
Ele também estrelou em The Daly Superheroes (2012) como ele mesmo, em Community (2009) como Bob Waite, em The Comic Book Store Regeneration (2015) como ele mesmo, em Twins (2015) como Mountie McMinniman, em Con Man (2015). ) como Jack Moore e no Espaço (2015) como Wernher Von Braun. Também narrou o documentário Highway of Tears (2015).
