Nicole Courcel naît à Saint-Cloud et vit à Paris sa petite enfance. Ses parents divorcent et la guerre vient semer le trouble. Réfugiée dans le Quercy elle prend goût à la littérature et au théâtre. Après la guerre elle part pour Londres y achever ses études. De retour à Paris en 1946 elle cherche à obtenir un rôle au cinéma et suit des cours d’interprétation. Notamment au cours Simon.
C’est Jacques Becker qui la découvre et lui offre un grand rôle dans « Rendez-vous de juillet« . Son physique mi ange- mi garce séduit le réalisateur.
L’année suivante elle tourne avec Jean Gabin dans « La Marie du port » (1950) de Marcel Carné. Sa carrière est lancée, et les rôles s’enchaînent dans des productions qui vont du drame « Gibier de Potence (1950) de Roger Richebé à la niaiserie chantonnée « Le collège en folie« .(1954) ou la comédie familiale « Papa, maman, la bonne et moi » (1954) de Jean-Paul Le Chasnois.
Nicole Courcel ne se contente pas du cinéma. Elle s’investit aussi dans le théâtre. Elle y tiendra de grands rôles. Notamment l’adaptation française de la pièce de Arthur Miller « Les sorcières de Salem ».
Elle tourne au début des années 1960 dans « Le passage du Rhin » (1960) de André Cayatte récompensé à la Mostra de Venise. En 1967 elle tourne dans « La nuit des généraux » de Anatole Litvak. Casting international et grand succès. Mais la fin des années 1960 seront plus difficile pour Nicole Courcel au cinéma. Cependant elle compense par le théâtre.
En 1972 on la voit dans pas moins de trois films « L’aventure c’est l’aventure » de Claude Lelouch, « L’étrangleur » de Paul Vecchiali et « Le rempart des béguines » de Guy Casaril.
Son dernier grand succès public au cinéma sera dans le film « La gifle » (1974) de Claude Pinoteau. Son dernier film « L’esprit de famille » de Jean-Pierre Blanc date de 1979.
En 1982 son dernier rôle au théâtre sera pour « Une journée particulière » adaptation du film de Ettore Scola.
Elle continuera à apparaître à la télévision dans des séries ou des téléfilms jusqu’en 2004.