Débutant sa carrière en tant qu’assistant, Nicolas Klotz passe derrière la caméra en 1987, à l’occasion de la sortie d’un documentaire intitulé "Pandit Ravi Shankar". C’est le portrait du célèbre joueur de sitar qu’il suit au cours de ses voyages musicaux à travers l’Inde et l’Europe.
Il adapte plusieurs romans et fonde, en 1995, La compagnie de l’Asile. Puis viendront deux films biographiques consacrés, l’un à James Carter, en 1998, l’autre à Brad Mehldau, en 1999. Il adapte les embryons de ce que seront respectivement "Paria" et "La Blessure". Il y aborde de délicats sujets de société avec esthétique et décence, le sort des SDF dans un cas, la cause des clandestins dans l’autre. On notera au passage la création à cette occasion d’un site Internet, parrainé par Arte France, Asile de nuit et Asile de jour.
Nicolas Klotz est professeur à La Fémis. Il vit et travaille en collaboration avec Élisabeth Perceval. Ils ont fait ensemble "Low Life" en 2012, un film sur la jeunesse aux prises avec un monde envoûté par le contrôle et en 2017, "L'héroïque lande, la frontière brûle".