Neveu de Francis F. Coppola et Talia Shire.

Avant même d'étudier le théâtre au lycée de Beverly Hills, Nicolas Coppola décide de changer de nom, devenant Nicolas Cage pour ne pas rester dans l'ombre de son illustre oncle, Francis F. Coppola. C'est néanmoins ce dernier qui lui offre son premier rôle dans Rusty James, en 1983. La même année, il est Randy, le rocker punk de Valley girl, rôle qui lance véritablement sa carrière.

En 1984, il retrouve Coppola en interprétant le gangster Vincent Dwyer de Cotton club, et rencontre Alan Parker pour qui il devient Al, un vétéran du Vietnam dans Birdy. Suivent quelques comédies dramatiques (Peggy Sue s'est mariée, 1986; Arizona Junior, 1987), et horrifiques (Embrasse moi vampire, 1989), avant que le Sailor et Lula de David Lynch, palmé à Cannes, ne vienne le révéler au grand public.

Sa tragique performance de looser alcoolique dans le drame Leaving Las Vegas (1995) lui vaut l'Oscar du Meilleur acteur. Transformé en icône du cinéma d'action dans les années 90 grâce aux succès de Rock (1996), Les Ailes de l'enfer (1997), ou Volte-face (id.), il refuse néanmoins d'être associé au genre et ajoute à sa palette la noirceur du thriller avec le Snake eyes de Brian De Palma (1998) et une note plus sentimentale, notamment dans La Cité des anges (1998), Family man (2000), ou Capitaine Corelli (2001).

En 2002, cinq ans après Volte-face, il retrouve John Woo pour le film de guerre Windtalkers, avant de passer à la réalisation de son premier long métrage, le drame Sonny. Il est ensuite à l'affiche du tortueux Adaptation, s'amusant également en arnaqueur obsessionnel dans Les Associés de Ridley Scott. En 2004, il ajoute une nouvelle corde à son arc en étant l'aventurier de Benjamin Gates et le trésor des Templiers avant de devenir le trafiquant d'armes d'Andrew Niccol dans Lord of war.

Nicolas Cage fait ensuite une incursion dans le cinéma d'animation en prêtant sa voix au sorcier fourmi, Zoc, de Lucas, fourmi malgré lui. En 2006, il rejoint le casting de World Trade Center sous la direction d'Oliver Stone, drame retraçant le combat des pompiers américains lors des attentats du 11 septembre 2001. Il tient ensuite le haut de l'affiche du film fantastique Ghost Rider (qui donnera lieu à une suite en 2012) et du remake de Neil LaBute, The Wicker Man, avant de retrouver Jon Turteltaub pour le second opus des aventures de Benjamin Gates.

Après un détour par la SF sous la direction d'Alex Proyas (Prédictions), il donne la réplique à Eva Mendes dans Bad Lieutenant : Escale à la Nouvelle-Orléans, où il campe un flic ripoux et drogué devant la caméra de Werner Herzog. En 2010, il est également à l'affiche de Kick-Ass, une variation ultra violente de l'univers des super-héros peuplant les Comics. Cette même année, l'acteur retrouve Jon Turteltaub pour une autre grosse production : il incarne ainsi le magicien Balthazar Blake, chargé de former L'Apprenti Sorcier. Il est à nouveau confronté à la sorcellerie dans Le Dernier des Templiers (2011).

Par la suite, l'acteur multiplie, avec une cadence impressionnante, les séries B orientées action et/ou thriller. Un choix de carrière radical lui permettant de gagner plus d'argent et donc financer son train de vie et (surtout) rembourser ses dettes. Ainsi, on peut le voir dans Hell Driver, Le Pacte, Effraction, Ghost Rider 2, 12 heures, Suspect, Croisades, La Sentinelle, Le Casse, USS Indianapolis, Dog Eat Dog, Arsenal,  Vengeance, Usurpation, Mom and Dad, Mandy, Froide vengeance, Color Out of Space, Grand Isle, Primal, Jiu Jitsu, Willy's Wonderland ou encore Prisoners of the Ghostland.

A noter tout de même sa prestation dans Joe (2013) de David Gordon Green, un drame rural sombre et réaliste présenté à la Mostra de Venise, dans lequel il campe un ex-taulard bourru devenu travailleur acharné en forêt. Preuve de son auto-dérision, il joue également son propre rôle dans Un talent en or massif (2021), thriller où un acteur endetté se rend à l'anniversaire d'un milliardaire mexicain...