U.s slekt kom fra Sunnmøre. Alt som gutt viste U. kunstneriske anlegg, tegnet flittig og malte bl.a. en fane for Nordnes buekorps. Faren ville han skulle studere, selv tenkte han å bli offiser, men et skyteuhell ødela en tommelfinger. Etter kortere opphold i Kristiania på Knud Bergsliens malerskole drog han til Düsseldorf i 1874, men ventetiden for å slippe inn på akademiet ble for lang, og han fortsatte til Karlsruhe tidlig i 1875, der han begynte i Karl Gussows malerklasse. Større betydning fikk elevforholdet til Hans Gude. U. tok avgjørende inntrykk av Gudes klare, nøkterne landskapsstil. Gude tilskyndet ham også til å oppsøke Lista og Jæren, en natur som Gude var blitt fengslet av under sitt besøk på Lista i 1872. I 1875 kom U. for første gang til Lista, og 1878 til Jæren. Sitt første bilde utstilte U. i Karlsruhe 1875. Året etter malte han bl.a. Fra sandrevlene ved Lister og Fiskere som tyr inn for uvær (ervervet av dronning Sophie), og i 1877 kjøpte kunstnerforeningene både i Kristiania, Bergen, Stavanger og Tønsberg landskaper fra Lista. På Verdensutstillingen i Philadelphia 1876 bidrog U. med Måneoppgang på norskekysten og i Paris 1878, et annet kystlandskap. Selv skrev han 1878 om sitt motivvalg: "Landskap fra Listerlandets flade kyst, med fiskerliv, der om sommeren opliver de ellers så tomme sandvidder. Væsentlig har jeg benyttet Juli måned, den bedste tid på Lister med blå himmel og en frisk, kjølende vind (som) giver havet dets kraftige blå farver, der danner en fortrinlig modsætning til forgrundens sandhauge, med afsvedent, strittende græs". Lignende motiver oppsøkte U. også på Jæren, der han fra 1878 praktisk talt årvisst oppholdt seg om somrene. Et tidlig slikt bilde, Fra Jæren (1879, Nasjonalgalleriet, Oslo) er karakteristisk for U.s enkle, udramatiske natursyn. Hovedelementene i slike bilder er sanddynene i forgrunnen, havet langt ute i kimingen og skyflukten i det høye himmelrom med de stadig skiftende lysvirkninger. Denne natur danner en naturlig ramme om menneskene, små figurer gjerne i mindre grupper er spredt utover i billedflaten. Båter ligger opptrukket på stranden og bryter ensformigheten. Av og til, som i det store Vrakauksjon på Jærens rev (1880, Norges Rederiforbund) er menneskene vel så viktige som landskapet. Av større bilder med lignende motiver kan ellers nevnes Fra Jæren (Paris 1882, Stavanger Faste Galleri), Strandparti fra Jæren (1882, Stavanger Sparekasse), Strandparti fra Jæren (1882, Bergen Billedgalleri) og Fiskere på Jæren (1885, Bergen Billedgalleri). Noen bilder skiller seg imidlertid ut fra det vanlige skjema. Det gjelder Båtskyss (1883, Nasjonalgalleriet), og En nødhavn (1884, Nasjonalgalleriet), og det dystre uværsbilde Stranding på Jæren (1882). I en særstilling står fremfor alt En strandvasker (1884, Nasjonalgalleriet), som nok kan tenkes inspirert av Otto Sindings meget omtalte bilde Perdu fra Verdensutstillingen i Paris 1878. Hos U. er imidlertid det teatralske hos Sinding unngått, den alvorlige stemning utløses ekte og stillferdig ved de to ensomme skikkelser på den stormpiskede strand. I sin novelle Skjærgaardsbilleder, (Folkebladet 1887, s. 154) skildrer Rosenkrantz Johnsen levende hvordan bildet ble til, og gir en rask portrettskisse av kunstneren, "en liden Bymand i fodsid, graa Ulster og Skothue, der sad paasnur; han havde stort rødlig blondt Skjæg og lange, flot snurrede Moustacher. Hans Gang og Bevægelser var raske, abrupte og alt i et gjorde han på klingende bergensk Dialekt, med lidt hæs Stemme - en eller anden Bemærkning, som fik Ledsageren til at le".
En gruppe bilder med motiver fra oppholdet i Egypt 1879 og sjøreisen til Konstantinopel 1881 (Hvile i ørkenen 1880, Bergen Billedgalleri, Fra Algerie 1884, Nasjonalgalleriet) utgjør en gruppe for seg i U.s produksjon. Fra Nord-Afrika (Nasjonalgalleriet) er en udatert, livlig malt orientalsk scene. Det var vel ikke minst de mange eksotiske franske 70-tallsmalere som vakte hans interesse for Orienten, og særlig i og utenfor Kairo fant han lokkende motiver. Det intense sollys angrep imidlertid hans øyne, så han måtte avbryte studiereisen. Sine første ørkenbilder utarbeidet U. på tilbakeveien 1880 i Karlsruhe. Tross sviktende helse (tuberkulose) utfoldet U. i det tiåret han fikk virke som kunstner, en rik produksjon, med en rekke ofte meget store bilder. Han arbeidet raskt og bestemt, skjønt ofte temmelig summarisk. "Denne uhyre hurtighet", skriver Werenskiold i sin minneartikkel 1886, "og sikkerheten i hans intensioner er det som væsentlig gjør at alle hans billeder er saa rolige, hele og harmoniske. Han klusset ikke paa dem, sat ikke og puslet med smaating; han strævet sig ikke træt med dem". U. var utpreget valørmaler, så landskapet i luft og vær og søkte å treffe den fine gråværstone over de flate sandstrendene på Lista og Jæren. Det er ekte "vestanvær" i hans bilder. For å oppnå denne enhetlige tone unngår han gjerne det sterke solskinn, og selv der motivet øyensynlig er malt i solskinn, som det store Fra Jæren (1885), er gjerne fargene tonet ned i den tette, fuktige atmosfære. Dette gjør unektelig mange av U.s tidligere så beundrede strandbilder nokså bleke i våre øyne. I sine tallrike skisser unngår han oftere den tørrhet som kan prege hans større ting. I sine mange tegninger viste han stor evne til fin og treffende karakteristikk, hans folkelige typer er tatt på kornet med frodig humor. Noen av hans kraftige, kontrastrike landskapstegninger er gjengitt i mappen Tegninger af N. Ulfstens Studie-Mappe (Christiania 1880), 7 blad har motiver fra Jæren, Hamburg, Skagen, Karlsruhe og Bergen.
U.s kunst ble tidlig høyt verdsatt, og han er utmerket representert i norske gallerier. I årene 1876–85 kjøpte Christiania Kunstforening hele 13 bilder av ham, Bergens Kunstforening 8. Meget få, om noen, av våre yngre kunstnere den gang hadde slik medgang som U. Hans norske strandbilder, som han viste på Verdensutstillingen i Paris 1878 og på den årlige Salon 1879–82, skal også ha vakt interesse blant franske kunstnere. Minneutstillingen i Kristiania i februar 1886 vakte stor oppmerksomhet. Med sitt lyse sinn, sin glede over naturen og sitt frodige fortellertalent var U. vennesæl som få. Til hans nærmeste venner hørte Amaldus Nielsen, Karl Uchermann og litteraten Henrik Jæger. Også Erik Werenskiold stod ham nær. I 1931 opprettet U.s søster Anna Nielsen, lærer i Bergen, et legat som bærer U.s navn, til fordel for unge Bergenskunstnere.
