Né à Marseille en 1967, Serge Nicolaï se forme auprès de Vera Gregh, au Conservatoire National de Cracovie et aux cours de Blanche Salan.

Il intègre en 1997 le Théâtre du Soleil où il travaillera pendant vingt ans.
Il participe en tant que comédiens aux créations de Macbeth – dans lequel il interprète le rôle titre – et auparavant dans Les Naufragés du Fol Espoir, Les Éphémères, Le Dernier Caravansérail, Tambours sur la Digue, Et Soudain des Nuits d’Eveil. Au cours de ces années au Théâtre du Soleil, il travaillera également aux côtés d’Irina Brook pour Tout est bien qui finît bien, présenté au Festival d’Avignon en 1998, ainsi qu’auprès de Robert Lepage dans la préparation du spectacle Kanata.
Serge Nicolaï a également été récompensé à plusieurs reprises pour les scénographies signées au cours de ces années.
Il aura aussi été l’assistant à la réalisation d’Ariane Mnouchkine pour les quatre film réalisés à cette période par le Théâtre du Soleil.

Au cinéma il joue pour Jean-Paul Civeyrac, Tonino de Bernardi, Jacques Doillon, Frederic Graziani et Petra Costa (Olmo et La Mouette), Ariane Mnouchkine.

Avec Olivia Corsini, ils créent en 2018 la compagnie Wild Donkeys afin de répondre à la nécessité de créer leur propre famille artistique.
Ils montent ensemble « A Bergman Affair », d’après le roman « Entretiens Privés » d’Ingmar Bergman. Le spectacle est d’abord créé au Brésil, et sera ensuite repris au Théâtre Monfort et en tournée jusqu’en 2023.
Serge met en scène « Sleeping » avec Yoshi Oida dans une libre adaptation du roman de Yasunari Kawabata « Les Belles Endormies ».
Serge Nicolaï signe une adaptation libre qui questionnera à nouveau le désir et le temps.
Il est pédagogue depuis presque vingt ans à travers le monde et crée des spectacles dans diverses langues.

Depuis 2016, Serge Nicolaï est directeur artistique et pédagogique à l’ARIA, en Corse, aux côtés de Robin Renucci et directeur des Rencontres Internationales Artistiques.