玻尔于1885年10月7日在哥本哈根家庭出生，其父亲克里斯丁·玻尔是哥本哈根大学的一名生理学教授，他的母亲是犹太人，生活很富有，以致于他从小受到的家庭教育都是很好的。
玻尔的童年时代是丰富多彩的，他是非常专心的孩子，但是有个缺点就是他的行动过于迟缓。在学校里各门功课都很优秀，在物理学和数学表现得格外突出，但是他对于自己本族语却学得非常的吃力。
为了克服这个困难，他极其地用功去改进，花了很多时间去使自己更加的优秀，不管是科学论文，还是各种大会的发言稿，还是什么信件，他都一遍一遍地去抄写。这些都反映了玻尔对自己的严格要求。 父亲为他购置了车床和工具等物品，目的就是为了培养玻尔的自主动手能力。
毫无疑问的是，玻尔的悟性很不错，心灵手巧的他很快就熟练地掌握了对于这些金工的技术，只要发现有损坏了的东西，他都积极地去尝试修理好它，就连家里的有些机械坏了，比如自行车等工具，都是玻尔亲自动手修理。
在1903年那年，玻尔18岁，当时他考入了哥本哈根大学，进入了数学和自然科学系学习，因为从小对物理有着强烈的喜欢，所以他的主修课程是物理学。
玻尔业余爱好是足球，对足球表现也非常的突出，所以他在进入哥本哈根大学后，由于表现得也是非常不错，所以很快就成为了学校足球部的守门员。 他有个习惯，就是在足球场上他可以一心二用，不仅一边守着球门，而且一边排演各种公式，脑袋里想着各种难题的研究与思考，他对学业非常的热爱，但是足球在他的生活中也是不可或缺的一部分。
虽然他后来进入了科研机构，研究起来了原子物理，但他仍然保持着对足球的热爱，踢足球被他当作自己业余时间的休息，所以成功地成为了一名不折不扣的“科学家球星”。 不过有时候他也会分神，有次在一场AB队与德国特维达队的足球比赛中，德国人外围远射，玻尔却分心了，没有管球，而是在门柱旁边思考一道数学难题。
1907年的时候，玻尔对有关水的表面张力的研究有了回报，他发表了一篇有关这个专题的论文，很荣幸的是使得他获得丹麦皇家科学文学院的金质奖章，并先后于1909年和1911年关于他发表的金属电子论的论文，又让他更上一层楼，获得哥本哈根大学的科学硕士和哲学博士学位，证明了他的努力真的得到了实质性的回应。
1912年，玻尔对金属在电子中的运动进行了研究与考察，他意识到经典理论在阐明微观现象方面还是存在着很大程度上的缺陷，对普朗克和爱因斯坦在电磁理论方面引入的量子学说深受感触，很是赞赏他们。
1913年初，玻尔不仅仅只是任曼彻斯特大学物理学教，他给自己又添加了工作，做起了对原子结构的研究，通过不断地对光谱学的研究与考察，终于他有了突破性的进展，使他写出了长篇论著《论原子构造和分子构造》，从中得到了很多真理，以至于提出了量子不连续性，成功地向所有人解释了氢原子和类氢原子的结构和性质，提出了原子结构的玻尔模型。
1921年，玻尔发表《各元素的原子结构及其物理性质和化学性质》的论文演讲，对研究光谱和原子结构理论的新发展进行了更深入的介绍与讨论，对元素周期表的形成更进一步地进行了诠释，对周期表中从氢开始的各种元素的原子结作了说明与介绍，同时对周期表上的第72号元素的性质发表了自己的观点和看法。
在后来一年，也就是1922年，第72号元素铪被科学家发现，也由此证明了玻尔的理论是正确的，对于原子结构理论的贡献大家是有目共睹的，他自然而然的获得诺贝尔物理学奖。他待过的理论物理研究所也后期成为了物理学研究的中心后来因为战争的发生，玻尔为了正义与和平，无私地捐了诺贝尔金质奖章。人们敬仰他，之后为他重新铸造了一枚，永远地陈列在了丹麦博物馆里。
1927年初，玻尔等人经过不断地对原子内部过程研究，最终成功地创立了全新理论----量子力学，创立这个全新的理论玻尔起了巨大的促进作用，可以说他是不可或缺的人物，他提出了很多理论性原理对量子力学的研究有了很重要的突破。后知后觉的玻尔发现自己的理论其实并不是一个完整的理论体系，它还只是一些经典的理论和量子理论混合形成的一个不完全的体系，并不严谨。
对此他很不满意，因为他的目标是能够建立一个能够正确去对微观尺度的量子过程进行描述的基本力学。为此，他不断地进行改进和研究，在当年9月，首次提出著名的"互补原理"理论，为量子力学的解释奠定了基础。在互补原理的指导下，玻尔的学生海森堡，他不断研究，对于经典力学相对应的量子力学的各种具体对应关系和对应量他要求自己找出更满意的结果，功夫不负有心人，也因此成就了他的成功，他成功建立了矩阵力学。
对于量子力学的理论解释，玻尔等人一起提出了哥本哈根诠释，但提出后，因为很多的不确定理论性质，很快就遭到了自始至终坚持决定论的爱因斯坦及薛定谔等人的强烈反对。从此开始，他与爱因斯坦开始了对于量子力学的持久争论战。玻尔与爱因斯坦的争论战被称为玻尔-爱因斯坦论战，他们最有名的一次争论发生在第六次索尔维会议上，起因是爱因斯坦提出了后来知名为爱因斯坦光盒的问题，爱因斯坦坚持着自己的原则。当时玻尔没有想出合适的论据去*翻推**爱因斯坦的问题，但经过了一晚冥思的之后，巧妙地发现问题所在之后，进行了反驳，使得爱因斯坦不得不承认不确定性原理是存在着问题的。
之后爱因斯坦又接二连三地提出想像实验，力求证明提出的新理论的矛盾和错误所在，很幸运的是，玻尔每次都可以有充分的论据来反驳爱因斯坦提出的的反对意见。这场长期的论战从许多方面弥补了玻尔观点的不足，使玻尔从中受教很多。认识爱因斯坦的时候，那是玻尔第一次到柏林讲学，自此之后他们结下了长达35年的深厚友谊。也就是因为那次的见面，两人展开了终身论战。他们两个只要见了面，就开始争论，每次都辩论不已，争论不休。他们共同探讨科学的真理，共同对于相互的理论进行争论，他们之间的这种相互探讨的争论，持续之久，直至爱因斯坦与世长辞。
1937年5、6月间，玻尔曾经到过中国访问和讲学，玻尔非常喜欢中国的文化，尤为热爱中国的京剧，他在设计自己的徽章时，因为对八卦图非常的着迷，所以他选用了中国的文化元素来设计了它。在这个期间，他和中国学者束星北等人有过深度的学术交流，玻尔非常赏识束星北，并且称赞他是像爱因斯坦一样的大师。
1943年9月，玻尔到英国工作，在英国工作两个月之后，因为美、英国签署的协议，要求美、英两国物理学家共同工作。
于是任命玻尔先生为英国的顾问与英国的物理学家查德威克，以及一批英国原子物理学家共赴美国，参加制造原*弹子**的工作。玻尔经过深思熟虑后发现，细心的他发现，原*弹子**的威力和伤害远远超过了人们的想象，非常的担心德国率先造出原*弹子**，之后会给世界造成非常大损失，甚至更大的威胁，所以他通过用科学顾问的身份积极地去推动研制原*弹子**的工作。
但他内心非常坚定自己的信念，一直坚持自己的主张，坚决反对在后期对日战争中使用原*弹子**，也坚决反对在今后的战争中去使用原*弹子**，始终主张和平原则，倡议和平的去利用原子能的观点。他主动出击，积极去取得与美国和英国的国务活动家的联系，倡议争取和平的、民主的和平要与各民族相互团结而前进。
原*弹子**的诞生给日本造成的损失非常的巨大，以致于他感到非常内疚，也因为此事，他发表了两篇文章，分别是《科学与文明》和《文明的召唤》，他的目的是呼吁各国科学家之间相互的加强合作，并且能够和平利用原子能，为各民族今后能够和平地发展自己的科学文化而斗争。
1944年，玻尔在美国参加了有关原*弹子**的理论研究；第二年，玻尔回到丹麦后，为了世界能够和平利用原子能东奔西走；到了1947年的时候，玻尔的功绩受到了丹麦政府的嘉奖，封他为“骑象勋爵”；而后，玻尔继续投入工作中，倡议在欧洲建立原子核研究中心，并且自任主席职位。
1962年11月18日，玻尔因突发性心脏病在丹麦的卡尔斯堡寓所逝世，享年77岁。从此以后，世界上少了一位朴实、善良和平易近人的天才科学家和思想家。许多国家的相关机构给丹麦皇家科学协会发来了无数贺电和信函，表达了他们的哀思，沉痛悼念伟大的科学巨人玻尔先生。
为了纪念伟大的玻尔先生，哥本哈根大学物理研究所在玻尔去世的三周年时，改名为尼尔斯·玻尔研究所。1997年，IUPAC组织也正式将第107号元素命名为玻尔 。