Romano di nobile discendenza, figlio di Teodoro e nato intorno ai primi anni del 800, al tempo di Sergio II fu suddiacono, diacono con Leone IV e consigliere di Benedetto III, fu consacrato il 24 aprile 858.
La sua elezione avvenne senza la presenza di Niccolò ma con la partecipazione di Ludovico II, presso il monastero di San Silvestro, dove il clero e rappresentanti del popolo si erano riuniti in conclave.
La partecipazione di Ludovico e l'atto di renitenza ( nda: renitenza = rifiuto) da parte di Niccolò finì comunque per placare le animosità del fratello di Ludovico II: Lotario II, il quale avrebbe inizialmente preferito l'elezione di Adriano, cardinale in San Marco.
La ricomposizione tra i fratelli avvenne grazie al comportamento di Niccolò che in prima istanza incontrò appena fuori Roma Lottario II , nei pressi di San Leucio ( attuale Tor di Quinto), il quale all'arrivo del papa a cavallo, con tutto il suo seguito si premurò di prendere le briglie del cavallo e a piedi condurlo presso l'accampamento dei ricevimenti.
Il rientro a Roma fu invece ripercorso nella stessa maniera con il cavallo papale alle briglie di Ludovico II.
Niccolò I, in effetti, rappresentò la grande rivincita del potere religioso e temporale su quello puramente temporale e politico, ponendo così come un grande punto esclamativo, valido per tutta la comunità mondiale, del mondo fino ad allora conosciuto.
Uno dei suoi consiglieri più preziosi nell'opera di affermazione del suo pontificato fu Anastasio, già cardinale deposto da San Leone IV, congiurato contro Benedetto III, abate del monastero di Santa Maria Maggiore in Transtevere, poi bibliotecario vaticano ed infine consigliere pontificio. Ad anastasio, San Nicolò dovette la riaffermazione dei principi Decretali pseudosidoriani (Decretali = lettere, successivamente chiamate "Bolle" mediante le quali il pontefice affermava un diritto oppure una legge, che doveva essere osservata in tutti i territori sottomessi, rivendicando il proprio diritto "ex Domini" di INFALLIBILITA').
Ad Anastasio dovette inoltre la riaffermazione totale della Mater Ecclesia sul disfatto impero carolingio.
Uno degli episodi che concorse ad affermare la cattedra di San Niccolò fu sicuramente il suo intervento a proposito di diverse vicissitudini familiari interne alla famiglia imperiale di Lotario II , sulla quali minacciò di far calare la scomunica se non fossero stati rispettati i patti matrimoniali con la moglie Teuterberga .

Ma Mentre in Occidente Niccolò I combattè per affermare il primato del papa sia con gli imperatori e re, sia con i metropoliti, in Oriente dovette combattere contro le pretese delle Autorità politiche ed ecclesiastiche di Costantinopoli.

L’epicentro si ebbe con la questione di Fozio; questi già capo cancelleria del giovane imperatore Michele III, uomo molto erudito ma anche molto ambizioso, fu eletto patriarca di Costantinopoli dal primo ministro Bardas il quale, nel 858 aveva deposto il patriarca Sant' Ignazio.
Fozio, essendo un laico, in soli sei giorni ricevette tutti gli Ordini sacri, provocando ovviamente il sorgere di due contrapposte fazioni.
Michele III invitò il papa ad arbitrare la questione in un Concilio tenuto nell’aprile dell’861.
Ne seguì comunque un lungo periodo di controversie, destituzioni da incarichi, ecc. che deteriorarono anche i rapporti fra l’imperatore e il papa.
Fozio giunse ad ergersi giudice del papa accusandolo di eresia, fu deposto dopo la morte violenta di Bardas e dell'imperatore d'oriente Michele III.
Il pontificato Di San Niccolò I Magno fu tutto impostato sull' energica affermazione della superiorità ecclesiastica sia nelle cose attinenti la religione sia sulle questioni temporali attinenti le proprietà ed i dominii della Chiesa pontificale stessa.

Morì il 13 novembre 867 e fu sepolto nell’atrio della Basilica di S. Pietro davanti alle porte; nel 1630 il suo nome compare nel Martirologio Romano.
La sua commemorazione dovrebbe avvenire ancor oggi il 13 novembre ma, il suo nome non appare nel calendario ufficiale della Chiesa, dopo l'ultima revisione.

Completamente ignari, oppure consapevoli delle debolezze cristiane, i cosidetti "saraceni" continuarono nella loro opera di conquista territoriale e di evangelizzazione armata dell'Islam. Il nord Africa e la penisola iberica furono totalmente sottomesse durante i califfati di Ya far al-Mutautawakkil (847-861), Muhammad al-Mustansir (861-862), Ahmad al-Mustain (862-866), Muhammad al -Mutazz (866-869), regnanti a Bagdad .

A Venezia dopo la morte del doge Pietro Tradonico (836-864), il doge eletto fu Orso I Parteciaco (864-881)