Nick Heidfeld vstoupil do F1 s pověstí jezdce úrovně Michaela Schumachera. Svoji kariéru začal na motokárách, pokračoval přes Formuli Ford, F3 a F3000 až k vysněné F1 v roce 2000. Během této své kariéry často exceloval, získal si přízeň a podporu týmu McLaren-Mercedes a dostal přezdívku "Quick Nick".
Svůj debut v F1 si odbyl v týmu Prost, ale sezona byla neuvěřitelně obtížná. Vůz AP03 byl velmi nespolehlivý a navíc se Heidfeld trápil neshodami s týmovým kolegou Alesim.
V další sezóně tedy zakotvil v Sauberu. V malém soukromém týmu poznal, co znamená přísloví "fungovat jako švýcarské hodinky", vůz byl velmi spolehlivý. Nick získal své první pódium a mezi jezdci konečné sedmé místo. Dokázal získat více bodů než týmový kolega Kimi Räikkönen ve své první sezoně v F1.
Sauber poháněný motory Ferrari byl rychlý i na začátku roku 2002, ale nedostatek testování znamenal, že tým nestačil svým soupeřům ve vývoji v průběhu sezony. A navíc Heidfelda často porážel v kvalifikacích nováček Massa. Německý jezdec se nejlépe umístil čvrtý ve Španělsku, celkově pak na desátém místě v poháru jezdců.
V sezóně 2003 byl týmovým kolegou Heinz-Harald Frentzen. Sezona však byla noční můrou a Heidfeld skončil až čtrnáctý s pouhými šesti body.
Ročník 2004 byl ještě horší, Heidfeld z nouze podepsal u Jordanu, který se trápil nedostatkem financí a sezóna pro Heidfelda znamenala další špatný sen. Nejlepším výsledkem sezony bylo sedmé místo v Monaku, které alespoň ukázalo, že za výsledky je zodpovědný vůz, nikoli jezdec. Sezona 2004 nicméně téměř znamela konec Heidfeldovy kariéry v F1.
Nakonec však zahrála osudu náhoda, resp. Rozhodnutí CRB, že Button musí zůstat u BAR a náhle se uvolnilo místo ve Williamsu. Heidfeldovo angažmá, o které spolu s ním usiloval testovací jezdec Williamsu Antonio Pizzonia, bylo oznámeno až 20 minut před slavnostním představením vozu.
Ačkoli byl Williams v roce 2005 proti Jordanu pokrok, Heidfeld nemohl dosáhnout na výsledky, které by si předstoval. Na druhou stranu dokázal dosáhnout lepších výsledků než Mark Webber. V prvních sedmi závodech si dojel pro tři pódia.
Během testování před Velkou cenou Itálie se však Heidfeld zranil a zbytek sezóny se už v kokpitu neukázal. Jeho výkonost, kterou s Williamsem prokázal, mu umožnila přejít do nově zrozeného týmu BMW.
Tým BMW rozhodně překonal očekávaní a Heidfeld se dokonce mohl objevit v Maďarsku na pódiu. V roce 2007 se tým BMW Sauber znovu zlepšil a byl třetí nejlepší ve startovním poli. Heidfeldovi to umožnilo stát se nejlepším pilotem mimo kvarteto jezdců Ferrari a McLarenu, kteří bojovali o titul.
V roce 2008 se Heidfeld uprostřed sezóny trápil v kvalifikacích, nedařilo se mu dostatečně rychle zahřívat pneumatiky. To znamenalo horší startovní pozice a omezené možnosti v závodech. Ve spolupráci s týmem své problémy nakonec vyřešil a v závěru sezóny podával lepší výkony než týmový kolega Kubica.
V sezóně 2009 se BMW přestalo dařit a poprvé od akvizice týmu Sauber šla jeho forma dolů. V kontextu světové finanční krize se pak mnichovská automobilka rozhodla formuli 1 opustit. Heidfeld ztratil místo a v roce 2010 nejdříve působil jako záložní pilot Mercedesu GP, poté jako testovací pilot Pirelli, než se vrátil do závodů se Sauberem v GP Singapuru. Pro rok 2011 si ale znovu nenašel závodní sedačku.
Když už se zdálo, že se Heidfeld vrátí k Mercedesu jako záložní jezdec, zranil se vážně Robert Kubica v rallye a tým Renault si vybral jako náhradníka právě Heidfelda, který tak uskutečnil nečekaný návrat na závodní tratě.