Après avoir fréquenté le Cours Florent, Nicolas Cuche débute en tant que comédien et s'illustre notamment dans La Belle histoire de Claude Lelouch. Mais c'est plutôt l'écriture qui tente le jeune homme. Consultant sur Les Apprentis de Pierre Salvadori, il signe également le scénario de quelques téléfilms. En 2001, il réalise son premier long métrage, la comédie Jojo la frite, prolongement d'un court métrage datant de 1996 qui avait remporté de nombreuses récompenses dont le Grand Prix du court au Festival international du film d'humour de Chamrousse.

Après La bonne copine, un téléfilm avec Mimie Mathy qui la voit découvrir l'amour malgré une série de quiproquos, Nicolas Cuche travaille pour la télévision dans les séries Le Chasseur, Flics et David Nolande. Il signe ensuite son deuxième long métrage de cinéma La Chance de ma vie (2009), avec François-Xavier Demaison et Virginie Efira, une comédie mettant en scène un homme qui porte la poisse aux femmes avec lesquelles il sort.