Уильямсон родился в Гамильтоне, Южный Ланкашир, Шотландия в семье Мэри и Хью Уильямсонов. Хотя Никол рос в рабочей и далеко не богатой семье, он смог закончить Бирмингемскую театральную школу. Профессиональный дебют актера состоялся в театре "Dundee Rep" в 1960 и в следующем году он выступил "в Arts Theatre" в Кембридже.
В следующем году Никол играл уже в Лондоне в королевском театре в шекспировской пьесе "Сон в летнюю ночь". Первый большой успех пришел к актеру в 1964 году вместе с ролью в пьесе Джона Осборна "Недопустимая улика", за которую он получил награду Тонни. В 1968 актер впервые снимается в телевизионной версии этой пьесы. Роль Гамлета в постановке Тони Ричардсона в "Круглом Доме" вызвала сенсацию, позже пьесу ставили в Нью-Йорке, а затем по ней сняли фильм, где играли Энтони Хопкинс и Марианна Фэйтфул. Позже Фэйтфул написала в своей автобиографической книге, что у нее был роман с Николом во время съемок "Гамлета".
Другие наиболее заметные роли актера - роль адвоката алкоголика в фильме "I'm Dancing as Fast as I Can", роль полковника в фильме Нейла Симона "Дешевый детектив", роль ирландского солдата, самоубийцы в фильме 1968 года "Пушка Бофора", роль Шерлока Холмса в фильме Герберта Росса "Семипроцентный раствор", роль маленького Джона в фильме Ричарда Лестера "Робин и Мэриан". Самые последние его работы - это роли лорда Луи Моунтбэттена в фильме "Луи Маунтбэттен - последний наместник короля", 1985, роль Барсука в экранизации Грэма Кеннета "Ветер в ивах" и роль Калиостро в экранизации комикса Тодда МакФарлана "Спаун".
Уильямсон известен своими приступами гнева и нелепыми выходками на сцене. Например, во время репетиции "Неподсудного дела" в Филадельфии, пьесу за которую актер получил позже награду Томми, он набросился на своего продюсера Дэвида Меррика. В 1968 ему пришлось извиниться перед зрителями за то, что он во время представления "Гамлета" ушел со сцены. В 1976 году он дал пощечину актеру во время выхода актеров на поклон в Бродвейском мюзикле «Rex», а в 1991 году Никол ударил мечом своего напарника, Эвана Хэндлера во время Бродвейского представления «Я ненавижу Гамлета».
В 1981 году Уильямсон снялся в фильме «Экскалибур». Режиссер фильма, Джон Бурмен выбрал его на роль Мерлина и Хелен Мирен на роль Морганы, несмотря на возражения обоих, в качестве актеров антагонистов. Предыдущая совместная работа в «Леди Макбет» привела актеров к ссоре. Режиссер надеялся, что реальный враждебный настрой актеров друг к другу создаст как раз необходимое напряжение между ними в фильме.
В1971 Никол Уильямон женился на актрисе Джил Таунсенд, которая однажды играла роль его дочери в бродвейской постановке «Недопустимая улика». В 1977 они развелись.