Nicholas Ray, lahir dengan nama Raymond Nicholas Kienzle pada tahun 1911 di Galesville, Wisconsin, dari keturunan Jerman dan Norwegia. Dia memulai pengalaman film lewat radio saat SMA dan meninggalkan Universitas Chicago setelah satu tahun. Berkat rekomendasi Thornton Wilder, dia mendapatkan beasiswa belajar dari Frank Lloyd Wright, menanamkan rasa akan ruang dan geografi serta cinta terhadap CinemaScope.

Ketika terjadi ketidakcocokan politik dengan Wright, Ray pindah ke New York dan bergabung dengan teater radikal, seperti Theatre of Action dan Group Theatre, tempat dia berteman dekat dengan Elia Kazan. Masa-masa ini diwarnai dengan aktivitas politik kiri dan kehidupan bohemia, yang membuatnya dikenal karena kecerdasan dan energinya yang luar biasa. Dia juga aktif dalam gerakan Sosialis/Komunis meski jarang didebat saat Red Scare melanda.

Pada tahun 1937, Ray bertugas mengelola aktivitas teater di Washington bersama istrinya Jean Evans dan anak pertama mereka, Anthony. Ia juga berkolaborasi dengan Alan Lomax merekam musik rakyat untuk Library of Congress dan CBS, termasuk Woody Guthrie. Setelah cerai dari Jean, ia bertemu John Houseman dan mulai berkarier di dunia film, diawali sebagai asisten Elia Kazan di Hollywood dengan film debut A Tree Grows in Brooklyn (1945).

Ray tertarik dengan film Thieves Like Us karya Edward Anderson, yang dia adaptasi secara signifikan meskipun tak diakui secara resmi. Film ini dikenal karena penggunaan kamera inovatif dan empatinya terhadap tokoh-tokoh yang terpinggirkan. Film ini sempat tertunda rilis karena pengambilalihan RKO oleh Howard Hughes tetapi akhirnya mendapat pujian. Dia kemudian membuat film berbeda, A Woman's Secret (1949), yang menandai pertemuannya dengan aktris Gloria Grahame, yang kemudian menjadi istri keduanya.

Pernikahan mereka berakhir bermasalah setelah Grahame hamil dan mereka cerai, serta terjadi insiden di mana Grahame tertangkap dalam hubungan dengan anak Ray. Pada 1949, Ray diarahkan Bogart untuk film Knock on Any Door yang menjadi sukses secara moderat namun memperlihatkan gaya emosionalnya yang khas. Ia juga terlibat dalam berbagai proyek film RKO, termasuk In a Lonely Place (1950), yang menjadi klasik film noir dan karya terbaiknya yang sangat emosional dan kompleks.

Setelah keluar dari RKO, Ray membuat beberapa film penting seperti On Dangerous Ground (1951) dan The Lusty Men (1952). Film Johnny Guitar (1954) kini menjadi cult classic meski awalnya tidak disukai, dan menarik perhatian sutradara seperti Jean-Luc Godard. Ia juga mengembangkan ide film Rebel Without a Cause (1955), yang menjadi karya paling terkenal, menampilkan James Dean dan menggambarkan konflik generasi muda.

Ray menyukai bekerja dengan aktor muda dan ingin fokus pada kisah mereka. Film Bigger Than Life (1956) dianggap sebagai masterpiece-nya, tetapi gagal secara komersial. Ia kemudian membuat dua film besar di Spanyol, King of Kings dan 55 Days at Peking, yang menguras kesehatannya. Setelah serangan jantung, karier Hollywood-nya terhenti, dan kemudian ia terlibat dalam proyek film independen dan mengajar di NYU.

Di tahun 1970-an, Ray tetap berkarya meskipun menghadapi kesehatan yang menurun dan masalah pribadi. Film dokumenter terakhirnya, Lightning Over Water (1980), merekam masa-masa akhir hidupnya sebelum meninggal karena kanker paru-paru pada 1979. Meski wafat, karya-karyanya tetap berpengaruh dan dianggap sebagai warisan penting dalam dunia perfilman dunia.