Ο Νίμοϊ γεννήθηκε στη Βοστόνη της Μασαχουσέτης στις 26 Μαρτίου του 1931, από οικογένεια Εβραίων μεταναστών, που είχαν έλθει στις ΗΠΑ από το Izyaslar της σημερινής Ουκρανίας. Ξεκίνησε την ηθοποιία από πολύ μικρός, σαν μέλος θεατρικών ομάδων της τοπικής κοινότητας όπου μεγάλωσε.
Αποφοίτησε από το Κολλέγιο της Βοστόνης και στη συνέχεια σπούδασε υποκριτική στο Pasadena Playhouse της Καλιφόρνια. Ερμήνευσε τους πρώτους (δευτερεύοντες) ρόλους του στην κινηματογραφική ταινία «Queen for a Day» (1951) και στην τηλεοπτική σειρά «Zombies of the Stratosphere» (1952), ενώ ήταν ο βασικός πρωταγωνιστής της ταινίας «Kid Monk Baroni» (1952). Κατά τη διάρκεια της στρατιωτικής του θητείας, λόγω του ότι είχε ήδη καθιερωθεί ως αναγνωρίσιμος διασκεδαστής, εργάσθηκε στην Ατλάντα σαν παραγωγός εκπομπών για τον αμερικανικό στρατό.
Ένας από τους 50 κορυφαίους τηλεοπτικούς χαρακτήρες
Ο Αμερικανός ηθοποιός έφτασε στο απόγειο της δημοφιλίας του, με τη συμμετοχή του στη σειρά «Star Trek» (1965 -1969), όπου υποδύθηκε με μεγάλη πειστικότητα τον κο Σποκ (Mr Spock) έναν φλεγματικό εξωγήινο, αξιωματούχο – συγκυβερνήτη του πληρώματος του φανταστικού διαστημόπλοιου «Έντερπραϊζ». Η σειρά γνώρισε πολύ μεγάλη επιτυχία και είχε ως επακόλουθο την παραγωγή επτά σχετικών ταινιών, στις οποίες ο Νίμοϊ επίσης συμμετείχε, όπως και σε άλλες σειρές του ιδίου είδους.
Ο χαρακτήρας του Σποκ βραβεύθηκε ως ένας από τους 50 κορυφαίους τηλεοπτικούς, ενώ χάρισε στον Νίμοϊ τρεις τιμητικές υποψηφιότητες για βραβεία Emmy. Την εμπειρία του σαν "κος Σποκ", ο Νίμοϊ κατέγραψε σε δυο αυτοβιογραφίες του με τίτλους "Δεν είμαι ο Σποκ" (1975) και "Είμαι ο Σποκ" (1995). Εκτός της σειράς «Star Trek», ο Νίμοϊ πρωταγωνίστησε και στο επίσης γνωστό σίριαλ «Mission: Impossible».