Nicolas Kim Coppola néven született a kaliforniai Long Beachen, nagybátyja az Oscar-díjas rendező, Francis Ford Coppola. A legjobb iskolákba járt és mivel gyakran megfordult nagybátyja házában, testközelből ismerkedhetett meg a művészetekkel és a legnagyobb művészekkel. A korábban autóversenyzői, majd rockzenészi babérokról ábrándozó fiú tizenöt évesen, egy nyári színészi kurzus elvégzése után döntött a színészi pálya mellett.
Először 1982-ben a szintén pályakezdő Sean Penn társaságában állt a kamera elé a Változó világ című tinivígjátékban. Nevét ezután változtatta Nicolas Cage-re, mert biztos akart lenni abban: tehetségének és nem nagynevű rokonának köszönheti sikereit. A névválasztáshoz kedvenc képregényhőse, az emberfeletti tulajdonságokkal rendelkező Luke Cage adta az ihletet. Ezek után - rá azóta is jellemző módon - szinte minden évben több filmszerepet vállalt, függetlenül azok színvonalától. 1983-ban Francis Ford Coppola osztott rá kisebb szerepet a Rablóhalban, majd egy nagyobbat is a Peggy Sue megházasodik című komédiában. Az igazi népszerűséget a Holdkórosok hozta meg számára Cher oldalán, majd 1990-ben megkapta David Lynch road movie-ja, a Veszett a világ egyik főszerepét.
A nyughatatlan, energikus és fáradhatatlan Cage egy-egy szereplő felépítésekor igyekszik megtalálni a kapcsot saját élményei és a karakter között. Mindig a teljes hitelességre törekszik, így 1984-ben a Madárka című Alan Parker-film kedvéért két fogát húzatta ki, a karját hasította fel a Versenyfutás a Holddal című filmben (amelyben ismét Sean Penn-nel hozta össze a sors). A vámpír csókjában az egyébként rovariszonytól szenvedő színész egy élő csótányt is lenyelt, és nagy botrányt kavart a Gengszterek klubja maffiózójának szerepére készülve, mert szétverte egy utcai árus standját.
A kilencvenes években már csak sok millió dolláros gázsiért állt a kamera elé, kivételt csak 1995-ben a Las Vegas végállomás című film kedvéért tett, amelyet "csupán" 240 ezer dollárért vállalt el. Az alkoholista, depressziós forgatókönyvíró szerepének kedvéért hetekig élt alkoholisták között, s a drámai történet meghozta számára a filmvilág legrangosabb elismerését: 1995-ben Oscar-díjat, 1996-ban Golden Globe-díjat nyert.
Az 1990-es évek második felétől az akciófilmek vonzásába került: 1996-ban A szikla, 1997-ben a Con Air - A fegyencjárat, majd John Travolta oldalán az Ál/Arc című filmekben pofozkodott, 1998-ban Brian de Palma Az utolsó dobás című krimijében egy pénzéhes nyomozó bőrébe bújt. Még abban az évben szerelmes angyalként jelent meg Meg Ryan oldalán Wim Wenders Berlin fölött az ég című drámájának amerikai változatában, az Angyalok városában. 1999-ben a 8 milliméter című thrillere tökéletes bukás volt, melyet Martin Scorsese Holtak útja című filmdrámája feledtetett a nézőkkel, ebben egy munkájába beleroppanó mentősofőrt játszott - gázsija ekkoriban már filmenként 20 millió körül mozgott.
Az új évezred kezdetén, 2000-ben Angelina Jolie-val az oldalán a Tolvajtempó című filmben ötven kocsit lopott el egyetlen éjszaka alatt (természetesen a szerepre készülve hivatásos autótolvajoktól is leckét vett). 2002-ben rendezőként is bemutatkozott a Sonny című független filmmel, majd a fanyalgó kritikusokra rácáfolva az Adaptációban újra bebizonyította, hogy remek színész: homlokegyenest eltérő karakterű ikertestvérpárt alakított, jutalma egy második Oscar-jelölés lett.
2004-ben A nemzet aranya című akciófilmet vállalta el, amelynek folytatása is elkészült, 2006-ban Oliver Stone vegyes fogadtatású World Trade Center című alkotásában visszafogott játékkal egy rendőrt alakított. A képregény-fanatikus Cage, aki második fiát is egy képregény-hősről nevezte el, természetesen elvállalta A szellemlovas című film főszerepét, de az teljes bukásnak bizonyult. A színész Voodoo Child címmel piacra dobott saját képregény-sorozatával vigasztalódott. A következő évek filmjei is bízvást nevezhetők felejthetőnek, mint 2010-ben A varázslótanonc és a Boszorkányvadászat, 2012-ben pedig A szellemlovas-2. Tavaly a Croodék című animációs film családfője szólalt meg az ő hangján, legújabb filmje, a Tokarev 2014-ben kerül a mozikba.
A hosszabb ideje gyérülő hajú Cage háromszor nősült: első alkalommal Patricia Arquette színésznőt vette el, másodszorra zenészbálványa, Elvis Presley Lisa Marie nevű lányát vezette oltár elé, 2004 óta a szintén színésznő Alice Kim Cage a felesége. Los Angeles közelében egy kastélyban él, de Angliában "igazi" kastélya is van, garázsában több luxusautó áll, és megszállott képregénygyűjtő.