Originaire de Porto Rico, Amaury Nolasco poursuit des études de biologie pour devenir docteur. Lorsqu'il profite d'une opportunité pour jouer dans une publicité, il prend goût à la comédie et s'installe à New York pour se former à la "American British Dramatic Arts School". Il obtient ses premiers rôles à la télévision en 1999 dans des épisodes d'Arli$$ et Demain à la Une. L'année suivante, il joue dans un téléfilm réunion de Shérif, fais-moi peur ! (2000) avant de multiplier les rôles de guest-star, notamment dans Les Experts (2001), Urgences (2002) et George Lopez (2003).

L'acteur fait un détour sur grand écran en 2003 pour défier Paul Walker lors d'une course de voitures dans l'explosif 2 Fast 2 Furious. Quelques mois plus tard, il joue au côté de Bernie Mac dans la comédie Mr. 3000 (2004).

Amaury Nolasco gagne ses premiers galons de star en 2005 lorsqu'il accueille Wentworth Miller dans sa cellule de Prison Break. Énorme succès de la Fox, la série met en scène un brillant ingénieur qui se fait incarcérer pour faire évader son frère condamné à tord, à quelques semaines de son exécution.