Conocido por sus papeles antagónicos interpretando roles de villanos, como Viktor en la franquicia cinematográfica de Underworld, Davy Jones en Piratas del Caribe, el General Fallon en Jack el cazagigantes, entre otros.

La larga lista de trabajos de Nighy para la pequeña pantalla incluyen prácticamente a todas las grandes series de la televisión británica, pero fue su actuación en The Men's Room (BBC), en 1991, cuando atrajo por primera vez la atención del público general. Luego ganó el BAFTA TV y el Royal Television Society al mejor actor, por su interpretación de un editor de periódico en la serie de culto State of Play. Protagonizó dos películas realizadas para televisión escritas y dirigidas por Stephen Poliakoff: El príncipe perdido (The Lost Prince) y la miniserie La hija de Gideon (Gideon's Daughter), por la que ganó el Globo de Oro. Su interpretación de Lawrence, un inspector de hacienda rejuvenecido por el amor en La chica del café (The Girl in the Café), le supuso otra nominación a los Globos de Oro y el aplauso generalizado de la crítica.

Nighy hizo su debut en el cine a principios de los años 80, cuando apareció en películas como La chica del tambor (The Little Drummer Girl) y otra de las adaptaciones a la pantalla de John le Carré, El jardinero fiel (The Constant Gardener), le hizo ganar el premio al mejor actor de reparto en los British Independent Film Awards de 2005. Pero fue Siempre locos y su interpretación del vocalista de rock envejecido Ray Simms lo que estableció el perfil de Nighy en el cine y le supuso el premio Peter Sellers a la mejor interpretación de comedia, otorgado por el London Evening Standard. Nighy ganó su segundo premio Peter Sellers por su trabajo dándole vida a la inolvidable estrella de pop Billy Mack en Love Actually, una interpretación increíblemente popular que también le supuso el Premio de la Crítica de Londres y el premio BAFTA al mejor actor de reparto.

Otros de sus trabajos en el cine incluyen Underworld, Underworld: Evolution, Shaun of the Dead (Una noche de muerte) y El intruso (Enduring Love). En el año 2003, Nighy ganó cuatro premios a mejor actor de reparto de la Asociación de Críticos de Cine de Los Ángeles, por sus trabajos en AKA, Lawless Heart, El castillo soñado (I Capture The Castle) y Love Actually. También realizó una interpretación estelar como el capitán pirata Davy Jones –mitad calamar, mitad humano- en Pirates of the Caribbean: Dead Man's Chest y Piratas del Caribe: en el fin del mundo (Pirates of the Caribbean: At World's End).

Nighy actuó en Broadway en la producción de David Hare La hora vertical (The Vertical Hour). Protagonizó junto a Julianne Moore esta historia acerca de una corresponsal de guerra estadounidense desafiada en sus creencias y cultura después de conocer a un inglés cuyo modo de vida la sorprende totalmente.

Nighy también hizo un cameo en Arma fatal (Hot Fuzz), un filme de los realizadores de Shaun of the Dead (Una noche de muerte). Más recientemente se lo ha visto en la película de Brian Singer, Valkyrie, junto a Tom Cruise y Patrick Wilson en este drama de acción de la Segunda Guerra Mundial basado en una conspiración para asesinar a Adolf Hitler.

En 2010 apareció en la primera parte de la película Harry Potter y las Reliquias de la Muerte como el nuevo Ministro de Magia: Rufus Scrimgeour. Al año siguiente participó en dos películas de animación: Rango (2011) y Arthur Christmas (2011), y por esta última ganó un premio Annie por su doblaje.

En 2011 protagonizó la película Page Eight, dirigido por David Hare y con Rachel Weisz y Michael Gambon. En el filme se retratan los dilemas morales a los que se enfrentan los servicios de inteligencia occidentales desde el 2001 y, más concretamente, el MI5 británico, así como su dependencia del poder político. Por su interpretación como Johnny Worricker, fue nominado a su tercer Globo de Oro.

En el 2013 apareció en About Time, una película dramática y también romántica, escrita y dirigida por Richard Curtis y en la que también participaron Domhnall Gleeson, Rachel McAdams, Tom Hollander y Margot Robbie. La historia, con toques de ciencia ficción, es la de un joven con la habilidad especial para viajar en el tiempo que trata de cambiar su pasado con el fin de mejorar su futuro.

Participó en la película The Bookshop, de Isabel Coixet, como Edmund Brundish, junto a Emily Mortimer. El rodaje tuvo lugar en Irlanda del Norte y Barcelona durante el verano de 2016.