N.vokste opp i Mandal. Faren var skipper, men døde da N. var 7 år gammel. I 1852 fikk N. en kort periode undervisning av en privat tegnelærer, men pga. familiens dårlige økonomi måtte han allerede samme år begynne å arbeide i en butikk i Kristiansand. I 1854 reiste han til København der han kom i lære hos en malermester. I fritiden kopierte han bilder som han leide hos en kunsthandler, og en kort periode fulgte han også undervisningen ved kunstakademiet. I hans første kjente bilde, St. Petri Kirke, København (1856, Oslo kommunes kunstsamlinger), har han malt utsikten fra sitt kvistværelse. Forgrunnens hustak og kirketårnet i bakgrunnen er malt i lyse farger og med en sans for detaljer som ikke er ulik den forsiktige realismen i dansk gullalderkunst fra samme periode.
I 1857 fikk N. økonomisk hjelp av jernverkseier Diderik Cappelen, far til landskapsmaleren August Cappelen, slik at han samme år kunne reise til Düsseldorf. Det første året var han Hans Gudes privatelev, men året etter fikk han begynne ved akademiets landskapsklasse. Under en studietur sommeren 1858 malte N. en rekke bilder fra Mandals skjærgård. Bildene er spontane og upretensiøse, men har samtidig mange fortellende detaljer fra et kystmiljø han hadde et nært forhold til. Den presise miljøbeskrivelse er for øvrig et kjennetegn ved mesteparten av N.s produksjon, og gir hans kunst også stor kulturhistorisk verdi.
I 1859 måtte N. avbryte sine studier på grunn av sykdom og bosatte seg i Mandal. Våren 1860 foretok han en sjøreise til Cadiz i Spania, og malte en rekke lysfylte sjøstudier (Oslo kommunes kunstsamlinger) som med sin frie penselføring og sterke farger fikk en nesten impresjonistisk friskhet. Hans skildringer av den frådende grågrønne Spanskesjøen eller Cadiz' havn i gnistrende solskinn, har mye til felles med J. C. Dahls sjøstudier fra Napoligolfen. I sine større bilder som Kystlandskap (1861, Nasjonalgalleriet, Oslo), er kystmotivet imidlertid fremstilt mer konvensjonelt og i overensstemmelse med düsseldorfskolens velregiserte og akademiske uværsskildringer. I sine senere år understreket N. likevel hvor lite utbytte han hadde hatt av oppholdet i Düsseldorf, og at det først og fremst var naturen selv som hadde vært hans inspirasjonskilde og læremester. N.s karakteristikk av sitt forhold til Düsseldorf bør imidlertid sees i sammenheng med den alminnelige oppfatning av N. blant de yngre naturalistiske malerne i 1880-årene. Med Erik Werenskiold i spissen hevdet disse at N. hadde vært den første virkelige friluftsmaler her i landet, og at hans saklige realisme stod fjernt fra düsseldorfernes effektsøkende romantikk. En slik autorisert oppvurdering har uten tvil også hatt betydning for N.s egen vurdering av sin tidlige kunst.
Oppholdet i Düsseldorf i 1860 kan imidlertid ikke ha gitt N. større motvilje mot akademiet enn at han tre år senere på nytt reiste dit ned. Under sitt opphold har han bl.a. arbeidet med bildet Fra Gjertsberg, Mandal (1863, Oslo kommunes kunstsamlinger) som viser utsikten over Mandal med skjærgården. I dette maleriet har han greid å forene byprosjektets fortellende saklighet med landskapsmaleriets stemningsfulle beskrivelse. I følge et brev fra N. skal Bjørnstjerne Bjørnson ha sett bildet i Düsseldorf og uttalt seg rosende om den enkle og oppriktige måten det var malt på. Allerede i 1864 måtte N. på nytt reise hjem til Norge på grunn av dårlig helse, og bortsett fra et kort studieopphold hos Gude i Karlsruhe vinteren 1867/68, bodde han fast i Mandal fram til 1869. Han var dermed den første av de norske kunstnerne som bosatte seg fast i hjemlandet etter læretiden i utenlandet. I denne perioden foretok N. en rekke studieturer omkring i Sør-Norge, både langs kysten, i innlandet og på fjellet. Mange av sine motiver fant han i fjordstrøkene på Vestlandet. Disse velkomponerte skildringer av storslått natur i varme galleritoner og med dramatisk belysning, skiller seg ikke vesentlig fra det düsseldorfske landskapsmaleri. N.s produksjon var ofte av varierende kvalitet, og sammen med de mer rutinepregede arbeider fins også bilder som vitner om stor selvstendighet i motivvalg og malemåte. Et slikt bilde er Fra Sognefjord (1865, Nasjonalgalleriet). Et gammelt hus opptar nesten hele bildets venstre del. Til høyre får vi et glimt utover en stille fjord, mens et overgrodd fjell rager opp i bakgrunnen. Dyp grønn er den dominerende farge og sammen med bildets stofflighet gir dette en overbevisende fremstilling av den fuktige og frodige Vestlandsnaturen. Dette bilde er for øvrig utstyrt med en dobbeltsignatur, noe som tyder på at han først har malt det som en skisse på stedet, og at han senere har bearbeidet det i sitt atelier. Det er imidlertid ingen tvil om at N. så tidlig som i 1860-årene gjorde mange av sine malerier ferdig ute i naturen. På grunn av alle detaljene har flere bilder vært så arbeidskrevende at han har måttet oppsøke det samme motivet flere ganger. I slike tilfeller rigget han oftest opp en selvlaget presenning og telt, slik at han kunne arbeide uforstyrret av vær og vind.
Selv om N.s kunst kan ha et saklig og forsiktig preg, så fins det også vare stemningsskildringer i hans produksjon. I Sommernatt i Setesdal (1864, Oslo kommunes kunstsamlinger) har han skildret en stille nattestemning: Et folketomt tun er svøpt inn i sommernattens bløte skygger. Et siste lysstreif fra den rødlige nattehimmelen reflekteres i vinduet, og en enslig katt rusler over tunet. Bildet kan på mange måter minne om den type stemningsmaleri som ble så populært for nyromantikerne over tyve år senere. I 1869 flyttet N. til Christiania der han var bosatt helt til sin død i 1932. Han innredet et 1700-talls gårdsanlegg til bolig og atelier, men hver sommer foretok han studiereiser omkring i landet. Utover i 1870-årene fant han de fleste av sine motiv i Vestlandets fjordstrøk, i traktene omkring Mandal og i skjærgården på Hvaler.
Kystens værharde dramatikk kom sjelden til uttrykk i N.s kunst - det var mer sommerdagens idyll som fanget hans interesse. I Hvalerbrygge (1874, Oslo kommunes kunstsamlinger) har han gitt en stemningsfull beskrivelse av et solmettet kystlandskap: I forgrunnen ligger en brygge med båter fortøyd. Inne i fjæra skimtes sandbunnen under det stille vannspeilet der tang og tare flyter omkring. Ute mot horisonten glir et skip forbi med seilene fylt av ettermiddagens solgangsbris. Sol og småbølger skaper et skimrende lysspill på vannflaten, og det gnistrende motlyset svøper landskapet inn i varmedisen. Som i Gudes kystbilder fra samme periode skildrer også N. sjø og himmel med en realisme og teknisk kyndighet som vitner om skarp observasjonsevne, og som Gude lar han sjelden vinden få øke til mer enn frisk bris til liten kuling.
Av sin store produksjon av Hvaler-motiv fra 1874 er det rimelig å anta at i hvert fall noen av bildene, med mange arbeidskrevende detaljer, må ha vært malt ferdig i atelieret. At det fins så få vintermotiv i N.s produksjon taler også for at han i vinterhalvåret arbeidet innendørs med sine sommerbilder. Ute i naturen kunne han riktignok arbeide svært raskt, selv i olje. Ofte brukte han ikke mer enn et kvarters tid på hver skisse. Denne typen skisser er gjerne malt på brun papp og sjelden større enn 20 x 20 cm. Motiv og synsvinkel er nesten alltid det samme: en stripe sjø nederst i forgrunnen med en skiftende skyhimmel over. Fra ca. 1870 og fremover malte N. mange av de bildene som etter hvert kom til å gjøre han kjent som "Sørlandets maler". Med sine motiv fra Sørlandets heier og kyststrøk understreket han stedets lokale egenart, og som sin venn Vilhelm Krag var han således med på å gjøre Sørlandet kjent som en egen landsdel. I et av hans hovedverk, Morgen ved Ny-Hellesund (1885, Nasjonalgalleriet), er nøktern detaljbeskrivelse og lyrisk stemning gått opp i en enhet der det mangeformede knausete svaberget viser sine utallige grå og rødlige fargenyanser i sommermorgenens lave sol og klare luft.
I 1886 mistet N. sin kone og tre barn i en epidemi. Denne tragedie gikk ut over hans arbeidsevne, og i siste halvdel av 80-årene gikk hans kunstneriske produksjon merkbart ned. I begynnelsen av 90-årene tilbrakte N. flere sommere på Jæren. Hans bilder med Jærmotiv er som regel bygd opp etter et fast mønster: i forgrunnen ligger sand og steinblokker med havet utenfor, og over det hele driver godværsskyer omkring på en høy himmel. Mens lokale Jærmalere i samme periode arbeidet innenfor et nyromantisk stemningsmaleri, fortsatte N. med sin saklige realisme.
I N.s senere produksjon fins en rekke bilder som gir inntrykk av å være rutinepregede atelierarbeider. En slik varierende kunstnerisk kvalitet kan henge sammen med hans etter hvert store popularitet, og det private kunstmarkedets økende etterspørsel etter hans bilder. Forklaringen trenger imidlertid ikke bare ligge i en slik "masseproduksjon" av lett omsettbare motiver, men kan også henge sammen med at han i sin høye alderdom hadde vanskelig for å reise på lengre studieturer. Sørlandsbildene fra 1920-årene måtte han dermed basere på hukommelsen og tidligere arbeider, fjernt fra den natur som før hadde diktert hans kunst. I de siste 15 år av N.s liv fikk imidlertid en ny motivkrets innpass, motiver fra huset og hagen tilfredsstilte behovet for øyekontakt med motivet. Inne på atelieret fant han motivet rett utenfor vinduet, og han kunne dermed også male vinterbilder etter naturen. I Sludd, fra ateliervinduet (1928, Oslo kommunes kunstsamlinger) har han fremstilt et snøtungt landskap i tett, fuktig luft med drivende snøfiller. Bildet er malt da N. var 90 år, og vitner om en levende observasjonsevne og pietet overfor den natur som gjennom hele livet var hans viktigste inspirasjonskilde. Da N. døde i 1932 hadde modernismen for lengst gjort sitt inntog i norsk kunst. Samtidskunstens ekspressive formspråk fikk likevel ingen betydning for N. Hans mål var ikke å gi en subjektiv fortolkning av virkeligheten, men å lage en mest mulig presis gjengivelse av den ytre natur.
