Nicolas Joel est né en 1953 à Paris. En 1973, il est engagé à l'Opéra du Rhin comme assistant metteur en scène, fonction qu'il exerce jusqu'en 1978 à Strasbourg, aux festivals de Bayreuth et de Salzbourg ainsi qu'à l'Opéra de San Francisco. En 1979, il débute sa carrière de metteur en scène avec une production du Ring pour les opéras du Rhin et de Lyon. En 1981, il met en scène Samson et Dalila avec Shirley Verrett et Placido Domingo à San Francisco, puis Aïda avec Luciano Pavarotti à San Francisco, Chicago et Toronto.

Il met en scène un deuxième Ring à Wiesbaden, Aïda à Vienne dirigé par L. Maazel, La Voix humaine, Ernani et Parsifal à San Francisco, Eugène Onéguine, Cavalleria Rusticana et Paillasse à Amsterdam, Rigoletto et La Traviataà Zurich, Toscaà Lausanne pour les débuts de José Van Dam en Scarpia... En 1994, il débute à la Scala de Milan avec La Rondine, puis reprend Roméo et Juliette au Covent Garden de Londres et monte Carmen au Teatro Colon de Buenos Aires.

En 1995, il monte Faust à San Francisco, puis fait ses débuts au Metropolitan Opera de New York en 1996, avec une nouvelle production d'Andrea Chenier (Luciano Pavarotti dans le rôle-titre). En 1998, on retrouve Nicolas Joel à l'Opéra de Chicago pour Les Pêcheurs de perles, au Teatro Real de Madrid pour Un bal masqué et au Metropolitan Opera pour Lucia di Lammermoor. En 1999, il monte une nouvelle production de Manonà la Scala de Milan. Il reprend également Werther et Samson et Dalila à Los Angeles, Roméo et Juliette à Chicago et au Covent Garden et Manon à Madrid (2000). En 2002, il présente une nouvelle production de La Rondine au Covent Garden.

Sur les scènes françaises, il réalise, entre autres, Roméo et Juliette, Turandot et Thaïs à Nancy (repris à l'Opéra-Comique de Paris et au Théâtre du Capitole en 1988), La Damoiselle élue de Debussy et Didon et Enée de Purcell avec Jessye Norman à l'Opéra National de Paris, Faust et la création mondiale de Montségur de Marcel Landowski à Toulouse, Andrea Chenierà l'Opéra du Rhin et à l'Opéra de Lyon. Il présente à l'Opéra National de Paris une nouvelle production d'Un bal masqué avec L. Pavarotti en 1992.

En 1987, Nicolas Joel est invité par les Chorégies d'Orange pour Le Vaisseau fantôme et y retourne pour Nabucco (1989 et 1994), Faust de Gounod (1990 et 2008), Aïda (1991 et 2001), Carmen (1998), Roméo et Juliette (2002), Otello (2003) et La Bohème (2005).

Depuis 1990, Nicolas Joel est directeur du Théâtre du Capitole. Il y réalise de nombreuses nouvelles productions : Falstaff, Le Trouvère, Elektra, Eugène Onéguine, puis Rigoletto et Roméo et Juliette avec Roberto Alagna. Pour la réouverture du Capitole en 1996, il présente Louise et Werther avec Roberto Alagna dans le rôle-titre. Parmi ses productions toulousaines, ont été particulièrement remarqués Boris Godounov, La Walkyrie, La Force du destin, Louise, Hamlet (ces deux dernières productions ont été reprises au Théâtre du Châtelet à Paris), L'Or du Rhin, Mignon, Otello, Les Maîtres chanteurs de Nuremberg, Siegfried, Le Crépuscule des dieux et La Flûte enchantée. Il a rouvert le Théâtre du Capitole, après la rénovation de la cage de scène, en 2004, avec Jenufa et signe les mises en scène de Don Carlo, du Couronnement de Poppée, de La Femme sans ombre et de Tristan et Isolde. En 2007/2008, après Le Roi d'Ys de Lalo, Nicolas Joel met en scène une nouvelle production du Chevalier à la rose et reprend sa production des Contes d'Hoffmann créée au Teatro Real de Madrid en 2006.

Parmi ces derniers et futurs engagements par ailleurs, citons Daphné et Faust à Vienne, Aïda et Le Cid à Zurich, Rienzi à Leipzig, La Rondine au Metropolitan Opera...

Nicolas Joel a reçu à deux reprises le Prix de la Critique Dramatique et Musicale pour ses productions lyriques, ainsi qu'une Victoire de la Musique en 1996, dans la catégorie « meilleure production lyrique » pour Dialogues des carmélites. Il est Chevalier de la Légion d'Honneur.

Il est à présent Directeur de l'Opéra national de Paris.