Kidman começou sua carreira nos cinemas em pequenos telefilmes de pouco destaque, como Chase Through the Night e Skin Deep, ambos de 1983. Ela ainda participou de três séries de televisão e diversos telefilmes, até conseguir seu primeiro papel importante, em Terror a Bordo (1989). Com as boas críticas à sua atuação, ela conquistou dois papéis em Dias de Trovão (1990) e Um Sonho Distante (1992), ao lado do astro e futuro marido da atriz, Tom Cruise. Os dois filmes conquistaram grandes sucessos de bilheteria, abrindo espaço para uma participação de Kidman no filme de gângsteres Billy Bathgate - O Mundo a Seus Pés (1991), pelo qual recebe sua primeira indicação ao Globo de Ouro.

Uma das maiores bilheterias de Kidman veio com Batman Eternamente (1995), quando dividiu a cena com Tommy Lee Jones e Val Kilmer. Logo em seguida, sua atuação ousada no suspense Um Sonho Sem Limites (1995) rendeu seu primeiro Globo de Ouro. A partir deste momento, a atriz somou os sucessos de crítica e de público, arriscando-se nas produções de ação (O Pacificador, 1997), no último filme dirigido pelo cultuado Stanley Kubrick (De Olhos Bem Fechados, 1998) e nos filmes de terror sobrenatural (Os Outros, 2001). Mas um dos principais filmes da sua carreira foi sem dúvida o musical Moulin Rouge - Amor em Vermelho (2001), quando conseguiu sua primeira indicação ao Oscar de melhor atriz.

A consagração internacional de Nicole Kidman veio com As Horas (2001), no qual atou ao lado de Meryl Streep e de Julianne Moore, e que lhe rendeu o Oscar de melhor atriz. A partir deste momento, a atriz começou a alternar grandes produções (Cold Mountain em 2003, A Feiticeira em 2005), com pequenas produções de autor, ousadas, como Dogville, em 2003, Reencarnação em 2004 e A Pele em 2005. O sucesso não é mais garantido, e Kidman atua em muitas produções que fracassam nas bilheterias (Mulheres Perfeitas, em 2004, e A Bússola de Ouro em 2007) e com os críticos (Austrália em 2008). Mesmo assim, quando a popularidade andava um pouco em baixa, a atriz conquistou outra indicação ao Oscar por Reencontrando a Felicidade (2010), no qual interpreta uma mãe em luto.

Mesmo assim, sem grandes sucessos populares no currículo há mais de dez anos (exceto por uma pequena aparição em Esposa de Mentirinha, 2011), a atriz manteve-se fiel à ideia de investir em filmes exigentes e arriscados. 2012 foi marcado pelos filmes independentes: Segredos de Sangue, do sul-coreano Park Chan-wook, Obsessão, de Lee Daniels e o telefilme biográfico Hemingway & Martha. Mas 2013 traz Kidman de volta ás produções mais populares, como a biografia Grace of Monaco e o drama de guerra The Railway Man.

Em 2016, Kidman voltou com tudo, após um pequeno período em West End e fazendo produção teatrais, Kidman volta como a mãe adotiva do personagem de Dev Patel em Lion - Uma Jornada para Casa e que lhe garantiu sua primeira nomeção a um Oscar por Melhor Atriz Coadjuvante. 

No ano seguinte, Kidman voltou à televisão para contracenar com outros grandes nomes femininos em uma série da HBO, Big Little Lies, baseado no livro homônimo de Liane Moriarty, também no qual foi produtora executiva da produção. Sua atuação foi considerada por muitos como a atuação que definiu sua carreira. No mesmo ano, se juntou a diretora Sofis Copolla para um remake do filme O Estranho Que Nós Amamos, ao lado de Kirsten Dunst e Elle Fanning. 

Em 2018, fez dois longas dramáticos: O Peso do Passado, ao longo de Sebastian Stan e o filme Boy Erased: Uma Verdade Apagada. No mesmo ano, entrou para o mundo dos heróis ao viver a mãe de Aquaman, Rainha Atlanna. 

Em 2019, fez O Pintasilgo e o drama baseado em uma história real, O Escândalo, ao lado de Charlize Theron e Margot Robbie. Além de voltar para a segunda temporada de Big Little Lies.

No ano seguinte, voltou para uma série na HBO, entitulada The Undoing. Seu único longa lançado aquele ano foi o musical A Festa de Formatura, da Netflix, onde contracenou com Meryl Streep e outros nomes.

Como produtora, Kidman também atuou na série da Hulu, Nove Desconhecidos, além de interpretar Lucy Ball em Being The Ricardos, ao lado de Javier Bardem, que atua como o marido de Lucy, Desi Arnaz. Por conta do filme, Kidman concorre por um Globo de Ouro por Melhor Atriz em Filme.