Après sa naissance à Londres, Nicholas Stoller grandit à Miami. Il étudie à l'université de Harvard puis débute sa carrière en tant que scénariste pour des séries télé. En 2000, il rédige notamment le script d'un épisode de « Strangers with Candy » ainsi que trois épisodes des « Années campus ». Six ans plus tard, le cinéaste fait ses premiers pas pour le septième art. Il co-écrit le scénario de Braqueurs amateurs en compagnie de Judd Apatow. Cette comédie de Dean Parisot raconte l'histoire d'un vice-président d'entreprise, interprété par Jim Carrey, qui perd tout dans un scandale financier. En 2008, il passe à la réalisation pour la première fois avec la comédie Sans Sarah, rien ne va. Il fait appelle à trois anciens interprètes de séries à succès pour jouer trois des rôles principaux : Jason Segel, Kristen Bell et Mila Kunis. La même année, les studios Disney l'engagent pour réaliser le prochain long métrage du Muppets Show.