Николь родилась 19 ноября 1962 года в городе Олбани, но родным городом считает Клирвотер. Имеет учёную степень бакалавра по аэрокосмическому машиностроению полученную в 1987 году в Университете аэронавтики Эмбри-Риддла, а также степень магистра по руководству проектированием полученную в 1992 году в Университете центральной Флориды.
Она начала карьеру в 1987 году как инженер по расчёту конструкций в Pratt & Whitney Government Engines в Уэст-Палм-Бич (Флорида). Она провела год в Группе новых двигателей, выполняющей структурные исследования проектов усовершенствования компонент реактивных двигателей.
26 июля 2000 года она попала в 18-й набор астронавтов НАСА для подготовки в качестве специалиста полета и начала проходить курс подготовки к космическим полётам. В частности с 26 по 28 января 2006 года Стотт прошла экзамен вместе с Максимом Сураевым и Тимоти Копра на умение выжить в безлюдной местности в случае аварийной посадки спускаемого аппарата; экзамен проходил в подмосковном лесу. В апреле 2006 года она участвовала в миссии NEEMO-9 в ходе которой Николь Стотт провела 18 дней в составе экипажа из шести человек в подводной лаборатории НАСА «Aquarius» ()
29 августа 2009 года стартовал шаттл «Дискавери» по программе STS-128, это был первый полёт Николь Стотт. После стыковки к МКС она заменила в 20-м долгосрочном экипаже инженера Тимоти Копра.
1 сентября 2009 года она совершила свой первый выход в открытый космос продолжительностью 6 часов 35 минут.
Обратно на Землю Николь вернулась на борту шаттла «Атлантис».
Второй полёт Николь Стотт прошёл в качестве специалиста полёта в экипаже шаттла Дискавери STS-133 в феврале-марте 2011 года.