Estudió en la Escuela de Cony y en paralelo estudió en Francia. Después de graduarse, intentó estudiar psicología en la Universidad de Columbia, en Nueva York. En cuanto a su carrera profesional, Nichols entró "accidentalmente" en el mundo de la moda posando para firmas como Guess? o Abercrombie & Fitch. Compaginó de forma difícil sus estudios con el mundo de la moda. Después de aparecer como figurante en la película Otoño en Nueva York (año 2000), Nichols decidió definitivamente permanecer en el mundo del séptimo arte. Nichols contrajo matrimonio con el productor de cine Scott Stuber el 26 de Julio de 2008 en Aspen, Colorado. Empezando su carrera como actriz, en 2002 Nichols apareció en un episodio de la serie de televisión americana Sexo en la ciudad, pero poco más tarde actuaría como Jessica en la película Dos tontos muy tontos. Aunque esta película fue un fracaso, Nichols ganó posteriormente dos papeles para otras dos películas en 2005: La morada del miedo y El bosque maldito. En 2005, Rachel Nichols fue protagonista de una serie policíaca producida por la FOX, The Inside. En esta, Nichols (Rebecca Locke), representa una joven agente de policía que trabaja para resolver difíciles casos de varios crímenes, teniendo en cuenta que Rebecca -de pequeña Becky George- sobrevivió a un secuestro cuando era una niña. Más adelante y en ese mismo año, después de la cancelación de The Inside, Nichols dio vida a uno de los personajes más destacados de la quinta y última temporada de la exitosa serie Alias producida por ABC: Rachel Gibson, una experta en informática la cual pensaba que trabajaba para la CIA, cuando, de hecho trabajaba para una peligrosa organización terrorista, un engaño similar al que sufrió Sydney Bristow (Jennifer Garner al inicio de la serie. Desde su aparición, Gibson ha sido la protegida de Bristow. La serie culminó el 22 de Mayo del 2006 con la aparición de Nichols en el último episodio: Todo el tiempo del Mundo. En 2007, Nichols apareció en dos nuevas películas: La guerra de Charlie Wilson, como personaje secundario, y P2, como protagonista. Actualmente, Nichols está rodando en Praga la película G.I. Joe: Rise of Cobra, basada en los dibujos animados de los 80, en la que representará a Scarlett O'Hara. Se estrenará en Agosto del 2009. Otra película en la que se estima que aparecerá ese mismo año es la próxima entrega de Star Trek y representará a una cadete de Orion en la Academia Starfleet.