Ayant fait ses premières armes dans la publicité, c'est en vendant son scénario The Truman Show qu'il réalise son premier long-métrage Bienvenue à Gattaca, film de science-fiction à l'esthétisme élégant et d'une maîtrise peu commune. Il réalise S1m0ne en 2002, étonnante comédie où le personnage d'Al Pacino, producteur de cinéma en difficulté, invente de toute pièce une actrice numérique (que tout le monde croit réelle) dont la carrière lui échappe. Son film Lord of War (2005) traitant de la vente d'armes, c'est en Europe que Niccol parvient à trouver les fonds pour ce film d'une virulence et d'un cynisme exemplaires.
Dans Time Out, film de science fiction sorti en 2011, avec Justin Timberlake et Amanda Seyfried, le temps remplace toute forme de monnaie.
Son dernier film Good Kill a été sélectionné pour concourir pour le Lion d'or à la Mostra de Venise 2014.
Il est le compagnon du mannequin canadien Rachel Roberts, née en 1978. Ils ont un fils, Jack, né en 2004 et une petite fille, Ava Lila Rae, née en 2008.