1937年4月22日、アメリカ合衆国ニュージャージー州ネプチューン・シティ
(en)に[1]、イタリア系の興行師ドナルド・フルシオ(芸名ドナルド・ローズ)[2]、アイルランド系のショーガール、フランシス・ニコルソン(芸名ジューン・ニルソン)の子として生まれた[3][4]。父ドナルドが既に家庭を持っていた為、母フランシスは私生児としてニコルソンを生んだ。後に父ドナルドが親権を主張したり、他にも父親を名乗る人物が現れたりと複雑な家庭事情の中で生まれた[5]。またフランシスはまだ16歳の未成年であり、現役のショーガールでもあった事から祖父母によって引き取られた[6]。母方の祖父母は育児を担当しなかった娘を「歳の離れた姉」と教え、孫ではなく晩年の子として育てる事を選んだ。彼が自らの年老いた両親が祖父母で姉と教えられていた人間が母親だと知ったのは役者として成功してからの事だった。1974年にタイム誌がニコルソンの特集を組んだ際の取材で偶然に判明し、ニコルソン本人も記者から教えられて初めて事実を知ったが[7]、その時既に祖父母と母は亡くなっていた[1]。祖父のジョセフ・ニコルソンは装飾家で、主にニュージャージー州マナスクアン(en)でショーウインドーのデザインなどを仕事にしていた。祖母メイ・ニコルソンは美容師でアマチュア芸術家であった。母方のニコルソン家にはイングランド系、オランダ系、ペンシルバニア・ドイツ系の血筋もあり[8]、彼をそれらのエスニック・グループに含める考えもあるが、本人はアイルランド系アメリカ人(アイリッシュ・アメリカン)としての家系を誇りに思う様に育てられたと語っている[9][10]。宗教的にはニュージャージー州で主流であったローマ・カトリックに属している[3][8]。
青年期に生まれ故郷を離れてニュージャージー州スプリング・レイク(en)のアパートに移住し[11][12]、マナスクアン市の高校(Manasquan High School)に入学した。卒業後は役者への道を選び、映画産業の中心地ハリウッドがあるカルフォルニア州ロサンゼルスへと引っ越した[1]。現在、出身校では映画俳優として名を成したニコルソンの名を冠した演劇コンクールを行っており、ニコルソンが記念行事に顔を見せる事もある[5]。
若手俳優時代ミシェル・フィリップスと(1971年)
ハリウッドに来てからはアクターズ・スタジオで学ぶ傍ら、生活費を捻出する為にメトロ・ゴールドウィン・メイヤー社のアニメーション部門で働いた。