Nicolas Winding Refn quitte le Danemark pour suivre des cours d'art dramatique New York dès la sortie du lycée. Renvoyé pour avoir jeté un bureau en plein cours, il retourne à Copenhague et postule à la Danish Film School, avant de laisser tomber à un mois du début des cours. La chance lui sourit néanmoins lorsqu'un producteur lui donne l'opportunité de transformer en long métrage le court qu'il avait lui-même écrit, réalisé et interprété : ainsi nait PUSHER (1996). Il a alors 26 ans. En plus de faire découvrir au public un style visuel percutant (souvent caméra à l'épaule) et de le familiariser avec ceux qui deviendront ses acteurs fétiches (notamment Mads Mikkelsen), le film rencontre un tel succès qu'il sera suivi de deux suites, PUSHER 2 (2004) et PUSHER 3 (2005).

Entre temps, Nicolas Winding Refn réalise le thriller BLEEDER (1999), puis dirige John Turturro dans INSIDE JOB (2002), son premier film en langue anglaise qui reçoit un bon accueil critiques et public, mais qui est échec financier qui le contraint à revenir au Danemark pour finir la trilogie PUSHER. En 2006, il se lance dans son projet le plus ambitieux : VALHALLA RISING - LE GUERRIER SILENCIEUX, fresque située à l'époque des Vikings, et dans laquelle il fait de Mads Mikkelsen un guerrier borgne et muet. Mais les aléas de la production et les difficultés liées au scénario (qu'il réécrira plusieurs fois) le poussent à suspendre temporairement son travail sur le film, et à accepter un autre projet qui deviendra BRONSON. Salué dans divers festivals, ce film coup de poing porté par un Tom Hardy transfiguré retrace la vie du prisonnier le plus dangereux d'Angleterre. Ce n'est qu'une fois le tournage de ce film achevé que le cinéaste reprend son travail sur VALHALLA RISING, une oeuvre en forme de quête initiatique dans laquelle il continue d'explorer ses thèmes fétiches comme le rapport à la violence.

En 2011, il s'impose comme un cinéaste de renommée internationale à Cannes, où il reçoit le Prix de la mise en scène pour DRIVE, thriller urbain et automobile virtuose avec Ryan Gosling.