1952年ブラジル・リオデジャネイロ生まれのネルソン・ピケは、14歳でカートを始め、1971年にブラジルカート選手権でチャンピオンとなり、翌年も連覇を果たしました。

1976年、ブラジル・フォーミュラVeeでシリーズ制覇し、1977年にはヨーロッパF3選手権に参戦。この渡欧には、ブラジル人F1チャンピオンのエマーソン・フィッテパルディの支援があったと言われています。ヨーロッパF3選手権では、フルシーズン参戦ではありませんでしたが、２勝を挙げてランキング３位を獲得しています。

1978年、ピケは第11戦ドイツGPでエンサインからF1デビューを果たしました。レースはリタイアに終わりましたが、レースでの走りをブラバムのオーナーだったバーニー・エクレストンが評価、その年の最終戦カナダGPでブラバムから出走を果たし、ピケは翌1979年のレギュラーシートを得ることになります。

1979年、ブラバムでの初年度ながら、第６戦ベルギーGP、第９戦イギリスGPで予選３位となる速さを見せたピケは、若手有望株として注目を浴びました。そして、第12戦オランダGPで４位初入賞を果たしています。

1980年、チームのエースだったニキ・ラウダが前シーズン途中で突然引退を表明したため、ピケはナンバー１ドライバーの地位を得ることになりました。チームはエンジンを当時スタンダードだったコスワースDFVに替えて戦闘力がアップ、ピケはその才能を開花させることとなります。シーズン序盤から上位争いを展開し、第４戦アメリカ西GPでポール・トゥ・ウインを決め、チャンピオン争いの主役になりました。シーズン後半も着実に上位でポイントを重ねます。終盤、マシントラブルで痛恨のリタイアを喫し、ランキング２位とチャンピオンを逃しましたが、14戦中10回入賞、表彰台には３勝を含む６回登壇と、持ち味の安定感と着実なレース運びを印象付けたシーズンでした。

1981年、前年惜しくも逃したタイトルに向けて、ピケはシーズン序盤から優勝争いと安定した入賞を重ね、ポイント争いを展開します。１点差の接戦で迎えた最終戦ラスベガスGPで逆転し、ピケは初のワールドチャンピオンに輝きます。

1982年、ターボ時代を迎えたF1に対応してブラバムはBMWターボを搭載しますが、ピケは苦戦。1983年は前年から復調したものの、ライバルに先を越される展開となるなか、シーズン終盤に連勝して逆転、ピケは２度目のワールドチャンピオンを獲得しました。

続くシーズンもブラバムで戦い、タイトルを狙ったピケでしたが、競争力を高めるライバルに比べ、ブラバムの戦力低下は否めない状況でした。1984年は自己最多となる９回のポールポジションを獲得しますが、優勝は２回。1985年も表彰台獲得は２回にとどまり、ピケは移籍を決意します。

1986年、ピケは完成度を高めハイパワーで速さを示していたHondaエンジンを搭載するウィリアムズに移籍しました。Hondaはチャンピオン経験者のピケ加入を積極的に後押しし、目標のタイトル獲得へ邁進します。しかし、シーズン開幕直前に、ウィリアムズのオーナーであり、代表であるフランク・ウィリアムズが交通事故で重傷を負い、チームの統率に変化が生まれてしまいました。前年初優勝を挙げたイギリス人ドライバーのナイジェル・マンセルと、Hondaが推すチャンピオン経験者のピケはチームを二分する状態となります。マシンの戦闘力はより高まり、全16戦でチームは９勝を挙げてコンストラクターズ・タイトルを獲得しましたが、ピケ４勝、マンセル５勝と星を分け合うことで、ドライバーズ・タイトルは逃してしまいました。

1987年、Hondaエンジンの優位性はさらに拡大し、ウィリアムズ・ホンダは圧倒的な速さを見せます。ピケは本領を発揮して、優勝数はマンセルに大きく差をつけられながらも、着実に上位に入ってポイントを重ねました。６勝を挙げながらもリタイアの多いマンセルに対し、ピケは３勝ながら12回の入賞（そのうち表彰台獲得は11回）という安定した展開で３度目のチャンピオンに輝きました。Hondaは前年に続くコンストラクターズ・タイトルと、Hondaにとって初めてとなるドライバーズ・タイトルのダブルタイトル獲得に大きく貢献し、最強のエンジンであることを証明したシーズンとなりました。

一方、1987年のイタリアGPでHondaは1988年シーズンからマクラーレンにエンジン供給し、ウィリアムズとのジョイントを解消する決断を発表。ピケはHondaからエンジン供給を受けるロータスに移籍しました。Hondaエンジンの競争力は圧倒的となりましたが、ロータスは同じエンジンのマクラーレンに大きく差をつけられてしまいます。ピケは開幕戦から連続で表彰台を獲得するものの、優勝争いには手が届かないシーズンとなりました。７回入賞でシリーズランキングは６位という結果は、ピケを満足させるものではありませんでした。

1989年、Hondaエンジンを失ったロータスにピケは残留しますが、競争力は大幅に低下し、入賞４回で表彰台には上ることなく、ランキング８位に終わったピケは、ロータスからベネトンへの移籍を決断しました。

1990年、完全出来高制という異例の契約をベネトンと結んだピケは、新興チームながら戦闘力のある堅実なマシン開発に協力し、自身も好成績を挙げました。ピケの安定したレース運びは健在で、シーズン２勝、16戦中12回の入賞を果たしてランキング３位という結果を残しました。1991年もベネトンに残留したピケは、第５戦カナダGPで優勝と健闘します。ベネトンはチーム体制が変わり、ピケは移籍を決意しましたが、移籍先との交渉がまとまらず、結局この年でF1から引退することになりました。

1992年、F1から身を引いたピケはインディ500への参戦を表明します。しかし予選前の練習走行中に大クラッシュを喫し、両脚を複雑骨折する重傷を負ってしまいました。その後、復帰を目指してリハビリを続け、驚異的な回復を遂げてレース活動を再開。1998年、南米F3選手権などに参戦したこの年をもってレーシングドライバーを引退しました。

2000年、ピケはその功績が認められ、国際モータースポーツ殿堂入りしています。