Nicolas Kim Coppola nasce nel 1964 in California, figlio del professore universitario August Coppola, fratello del famoso Francis Ford Coppola, e di una ballerina e coreografa, Joy Vogelsang. In famiglia si respirano arte e creatività, cosicché presto Nicolas, pare folgorato dal James Dean di La valle dell'Eden, si iscrive alla Beverly Hills High School, dove si sono formati tante delle personalità del mondo dello spettacolo made in Usa. Ispirato dal personaggio Marvel di nome Luke Cage, decide di usare il suo come cognome d'arte, per coprire quel "Coppola" che all'inizio degli anni Ottanta non può che puzzare di nepotismo.
Non che lo zio non lo aiuti: se il primo ruolo cinematografico è quello di La ragazza di San Diego (1983), è nel cast di Rusty il selvaggio (1983) con Matt Dillon e sarà anche nel corale Cotton Club (1984) e in Peggy Sue si è sposata (1987), al fianco di Kathleen Turner. Dopo l'avvio, già dalla seconda metà degli anni Ottanta Cage entra in un crescendo positivo: nel 1987 ottiene una nomination ai Golden Globe per il romantico Stregata dalla luna con Cher, e scopre la sua follia interpretativa (in futuro foriera di impietosi sfottò sulla rete) nel delirante Arizona Junior del fratelli Coen. L'anno dopo s'innamora dell'attrice e cantante Christina Fulton, che darà alla luce nel 1990 il suo primo figlio, Weston. Proprio nel 1990 Nic è Sailor nel cult Cuore selvaggio di David Lynch, diviso con Laura Dern. Nicolas si avventura poi in alterni impegni, tra l'erotico Zandalee (1991), la commedia di Mi gioco la moglie a Las Vegas (1992, altra nomination ai Golden Globe), e i primi excursus nell'action / noir, con Apache - Pioggia di fuoco e Amos & Andrew con Samuel Jackson.
E' il preludio a una trionfale seconda metà degli anni Novanta: l'Oscar e il Golden Globe per il drammatico intimista Via da Las Vegas (1995) sono un po' il simbolo della sua interpretazione preferita, autodistruttiva e sopra le righe: qui è nei panni di un alcolista. E' un bel periodo: si sposa con Patricia Arquette, dalla quale divorzierà nel 2001. Allo stesso tempo è garanzia per i botteghini con action tipici del periodo come la tripletta composta da Con Air, The Rock (c'è Sean Connery!) e Face/Off (1997) di John Woo, diviso in tandem con un riscoperto John Travolta.
La serie positiva prosegue nei primi anni Duemila, quando abbraccia più seriamente il cinema alla Frank Capra che tanto ama, interpretando The Family Man (2000), Il mandolino del Capitano Corelli (2001) e The Weather Man (2005). In mezzo nel 2002 una doppia nomination a Oscar e Golden Globe per l'ottimo doppio ruolo in Adaptation - Il ladro di orchidee e l'unica sfortunata regia di Sonny, con James Franco, inedito in Italia. Il 2002 è tormentato sul piano sentimentale: il suo secondo matrimonio con Lisa Marie Presley, figlia di Elvis, dura appena tre mesi. Diventa anche Ben Franklin nella serie d'avventura per famiglie della Disney, composta da Il mistero dei Templari (2004) e Il mistero delle pagine perdute (2007). Proprio in questa finestra temporale, quando nel 2005 ha il secondo figlio Kal-El (nome originale di Superman!) dalla terza moglie Alice Kim, qualcosa s'incrina.
Nel 2006 per la prima volta vince un doppio Razzie Award per Il prescelto (2006): peggiore attore e peggiore coppia sullo schermo (lui e il costume da orso). E' l'inizio di una parabola discendente che solo ogni tanto (Kick-Ass, una voce per I Croods) sembra interrompersi. Nel 2009 l'IRS, la Finanza americana, lo mette sotto accusa per evasione fiscale, e la situazione peggiora: i Razzie continuano a perseguitarlo come uno dei peggiori attori in circolazione, subissandolo di "antipremi" per Next, Il mistero delle pagine perdute, Ghost Rider e Ghost Rider: Spirito di Vendetta, Drive Angry, L'ultimo dei Templari, Trespass, Solo per vendetta, Left Behind - La profezia. Una sassaiola. Nel 2011 viene arrestato per violenza domestica (poi scagionato) sull'allora moglie Alice Kim, e nello stesso anno deve vendere la sua copia originale di Action Comics n.1 (1938), prima apparizione dell'amato Superman, per oltre 2 milioni di dollari, allo scopo di pagare i molti debiti.
Il 2016 lo vede tra i protagonisti di Snowden, I corrotti e USS Indianapolis, dopo aver legalizzato la separazione da sua moglie Alice.