Николас Альмагро начал играть в теннис в 8 лет. В сезоне 2003 года перешёл в профессионалы и за год выиграл семь «Фьючерсов» и один «Челленджер». Через год вошёл в первую сотню рейтинга АТР. В 2005 году в Буэнос-Айресе дошёл до первого четвертьфинала турнира АТР в карьере. В мае вышел в третий круг турнира категории «Мастерс» в Риме, выиграв во втором круге у четвёртой ракетки мира Марата Сафина.
В сезоне 2006 года в Валенсии Альмагро выиграл свой первый турнир АТР, в полуфинале обыграв Марата Сафина, а в финале - Жиля Симона. Bышел в полуфиналы в Палермо и Барселоне, в Риме впервые дошёл до четвертьфинала турнира «Мастерс», где на его пути стал Роджер Федерер. По итогам сезона попал в число 50 сильнейших теннисистов мира.
В 2007 году Альмагро вторично выиграл турнир в Валенсии и впервые дошёл до четвёртого круга турнира Большого шлема на Открытом чемпионате США, где уступил Николаю Давыденко. Он также дошёл до полуфинала в Буэнос-Айресе и четвертьфиналов в Акапулько и Коста-ду-Сауипе, и в результате этих успехов пробился в тридцатку лучших теннисистов мира.
Открытый чемпионат Австралии-2008 Альмагро покинул после первого круга. Дебютировал в составе сборной на Кубке Дэвиса в связи с травмами ведущих игроков сборной. В матче первого круга против команды Перу Альмагро выиграл обе одиночные встречи на пути к уверенной победе Испании (5:0). Через неделю победил на турнире в Баие, одолев в финале соотечественника Карлоса Мойю, а спустя ещё две недели первенствовал на турнире в Акапулько, победив в финале восьмую ракетку мира Давида Налбандяна. Последовательно выйдя в четвертьфинал турниров в Барселоне и Риме и Открытого чемпионата Франции, он ворвался в первую двадцатку рейтинга, к июлю поднявшись до одиннадцатого места. В 2009 году впервые пробился в парный финал в рамках ATP — в Буэнос-Айресе; отстоял свой титул в Акапулько, но в дальнейшем выступал посредственно, закончив сезон на 26 месте в рейтинге.
2010 год знаменовал для Альмагро возвращение стабильности. На Australian Open он доходит до четвёртого круга, где в пяти сетах уступает будущему полуфиналисту Жо-Вильфриду Тсонга. Титул в Акапулько защитить не удалось — в четвертьфинале Николас уступает Хуану Карлосу Ферреро. Весенние турниры серии Masters в США приносят четвёртый круг (Индиан-Уэллс, поражение на отказе во втором сете от Энди Маррея) и четвертьфинал (Майами, поражение от будущего чемпиона Энди Роддика).
Европейский грунтовый сезон начался без особых успехов — несколько поражений на ранних стадиях от высокосеянных игроков. С Мюнхена наступает подъём результатов — в Баварии испанец доходит до четвертьфинала, после чего пробивается в полуфинал на турнире серии Masters в Мадриде (попутно обыграв, например, Робина Сёдерлинга). Затем испанец второй раз за три года доходит до четвертьфинала на Roland Garros, где проигрывает Рафаэлю Надалю. В паре Альмагро пробивается в полуфинал на турнире серии Masters в Майами, а в дальнейшем добивается четвертьфиналов на крупных турнирах в Барселоне, Риме и Мадриде.
Травяной сезон оказался «смазанным» из-за повреждения, полученного в Истбурне. Но с возвращением на грунт Николас вернулся к более привычным результатам — обыграв в Бостаде нескольких сильных оппонентов, испанец впервые за полтора года побеждает на турнире ATP. Вскоре был взят ещё один «грунтовый» титул — в Гштаде.
В первой половине 2011 года Альмагро завоевал три титула в турнирах АТР (в том числе в Ницце — после победы в полуфинале над шестой ракеткой мира Томашем Бердыхом) и к маю вошёл в десятку лучших теннисистов мира, но после Открытого чемпионата Франции в его активе за остаток года оказался только один финал, а на Открытом чемпионате США он проиграл уже в первом круге. Тем не менее, несколько раз за год покидая первую десятку, он сумел закончить сезон на десятом месте.