Hij was de belangrijkste paus van de 9de eeuw. Na het woelige pontificaat van Benedictus III werd hij op 24 april 858 tot diens opvolger gekozen. Nicolaas was een krachtige persoonlijkheid, die in diverse conflictsituaties de Romeinse primaatsrechten verdedigde, o.a. tegen Photius in Constantinopel, Hincmar in Reims en Gunthar in Keulen. Gunthar werd, evenals Theutgaud van Trier, in 863 door Nicolaas afgezet. omdat zij Lotharius II steunden in zijn echtscheidingsplannen. De krachtige verdediging door de paus van Lotharius wettige gemalin, Theutberga, heeft grote invloed gehad op de uitbouw van het kerkelijk huwelijksrecht.