Connie Nielsen nasceu em Elling, na Dinamarca. A atriz ganhou reconhecimento por seus papeis em Gladiador, Ninfomaníaca Volume 1 e Volume 2 e como a rainha Hippolyta, nas franquias Mulher-Maravilha e Liga da Justiça.

Aos 18 anos, Nielsen viajou para Paris, França, onde trabalhou como atriz e modelo. Um tempo depois, ela se mudou para a Itália para estudar teatro, em Roma. A atriz morou no país por muitos anos, antes de se mudar para os Estados Unidos.

Sua estreia no cinema foi no longa-metragem de Jerry Lewis, Par où t'es rentré ? On t'a pas vu sortir, em 1984, seguido por um papel na minissérie italiana Colletti Bianchi, em 1988. Ela também atuou no filme italiano Vacanze di Natale '91 (1991) e no filme francês Le Paradis Absolument (1993).

A atriz se mudou para os Estados Unidos em meados da década de 1990, fazendo sua primeira aparição em uma grande produção em 1997, como Christabella Andreoli, em Advogado do Diabo, trabalhando ao lado de Al Pacino e Keanu Reeves. Em outro grande trabalho, ela estrelou Gladiador (2000), do diretor Ridley Scott.

Desde então, ela atuou em diversos filmes em Hollywood, como: Missão: Marte (2000), Retratos de uma Obsessão (2002), Caçado (2003) e Violação de Conduta (2003).

Com Charlotte Gainsbourg, Jamie Bell e Uma Thurman, Nielsen apareceu nos filmes de Lars Von Trier, de 2013, Ninfomaníaca Volume 1 e Volume 2. A produção foi considerada polêmica por suas explícitas cenas de sexo.

A atriz vive a rainha Hippolyta no Universo Cinematográfico da DC Comics, atuando nos filmes Mulher-Maravilha (2017), Mulher-Maravilha 1984 (2020) e Liga da Justiça (2017).