Oroszország egyik leghíresebb művészcsaládjából származik, déd- és nagyapja is festőművész, apja, Szergej Mihalkov író, a szovjet himnusz társszerzője, anyja, Natalja Koncsalovszkaja neves író és műfordító. Nyikita ifjabb éveiben a Sztanyiszlavszkij Színház gyermekstúdiójában játszott. Tanult a moszkvai Scsukin Színiiskolában, majd a Moszkvai Állami Filmművészeti Főiskolán Mihail Romm tanítványa volt.

Első sikere az 1976-os A szerelem rabja című alkotása, amely a régi idők mozijáról festett mozgalmas, szórakoztató és nosztalgikus képet. A hetvenes évek végén készített filmjei alapanyagául irodalmi műveket választott: Csehov-motívumok nyomán született az Etűdök gépzongorára, az Oblomov néhány napja című filmje Goncsarov regényének megrendítő erejű tolmácsolása, az Öt este című film alapja Alekszandr Vologyin drámája volt.

A nyolcvanas évek elejétől figyelmének középpontjába a jelenkor került, s elkészítette suksini hangvételű vígjátékát, a Pereputtyot, majd a Tanúk nélkül című torokszorító családi drámát. Következő rendezői korszakában elsősorban külföldi közreműködéssel készített filmet: olasz koprodukcióban készült a Fekete szemek, Marcello Mastroiannival a főszerepben, olasz-svájci közreműködéssel rendezte meg az Autóstopot, franciákkal az ázsiai sztyeppéken játszódó Urgát.

Ez utóbbi 1991-ben elnyerte a velencei filmfesztivál nagydíját, az Arany Oroszlánt, majd 1993-ban a berlini Európai Filmakadémia nagydíját, a legjobb európai filmnek járó Félix-díjat, s Oscar-díjra is jelölték. Az értékes szobrocskát azonban csak az 1994-es Csalóka napfény kaphatta meg, amelynek férfi főszerepét is Mihalkov játszotta. A film folytatását 2010-ben mutatták be Oroszországban és Cannes-ban, de az orosz kritika fanyalogva fogadta. 1999-ben került a nézők elé a századfordulón játszódó Szibériai borbély című romantikus szerelmi története, amelyben két lánya és egyik fia is szerepelt.

Mihalkov nemcsak saját filmjeiben vállal szívesen színészi szerepet, hanem forgatott már Georgij Danyelijával, Jancsó Miklóssal, Eldar Rjazanovval, s fivérével, Andrej Mihalkov-Koncsalovszkijjal is. 1997 óta elnöke az Orosz Filmművészek Szövetségének, 2009-ben újraválasztották. 2010 júniusában a Karlovy Vary-i Nemzetközi Filmfesztiválon a mozi világában nyújtott kiemelkedő művészi teljesítményéért Kristályglóbuszt kapott.

Aktívan részt vesz az orosz közéletben is, bár itteni szereplése nem mindig arat osztatlan sikert. A mélyen vallásos Mihalkov 1994-ben alapító tagja volt az Egyetértés Oroszországért elnevezésű konzervatív mozgalomnak, s többször kijelentette, hogy Oroszország számára az alkotmányos monarchiát tartja a lehető legjobb berendezkedésnek. 1999-ben bírálta a Jugoszlávia elleni NATO-légicsapásokat, 2003-ban az Irak elleni háborút, viszont védelmébe vette Moszkva csecsenföldi hadjáratát.