Родители Нильса Ерне жили на датском острове Фанё, как и их предки в течение веков. В 1910 году они переехали в Лондон, где и родился Ерне 23 декабря 1911 года. Во время Первой мировой войны родители переехали в Нидерланды и Ерне провёл юность в Роттердаме, где закончил бакалауреат в 1928 году. Он окончил Лейденский университет, где два года изучал физику. После этого он переехал в Копенгаген, где начал изучать медицину в Университете Копенгагена, получил там в 1947 году степень доктора медицины, а в 1951 году защитил диссертацию «Исследование авидности на основе отвечаемости кожи кролика на смеси дифтерийного токсина и антитоксина».
Теория образования антител сделала Ерне известным учёным и с 1956 года он работал в ВОЗ в Женеве главой секции биологических стандартов и иммунологии. В 1962-1966 годах был профессором микробиологии и заведующим отдела микробиологии медицинской школы Университета Питтсбурга (Питтсбург), продолжая работать экспертом в ВОЗ. В 1966 году Ерне вернулся в Европу, где получил позицию профессора в Университете Иоганна Вольфганга Гёте (Франкфурт). В 1969 году стал директором Базельского института иммунологии (Базель), где работал до выхода на пенсию в 1980 году.