Nicolas Cage est né d'Auguste Coppola, professeur de littérature comparée, et de Joy Vogelsang, danseuse et chorégraphe. Il est le petit-fils du compositeur Carmine Coppola, neveu du réalisateur Francis Ford Coppola et de l'actrice Talia Shire, et cousin de la réalisatrice Sofia Coppola.
Durant sa jeunesse, Nicolas Cage passe de longues périodes auprès de son oncle Francis Ford Coppola, et à quinze ans, fait ses débuts dans le milieu en s'inscrivant au conservatoire américain de théâtre de San Francisco. Il y rencontre, entre autres, Johnny Depp et Crispin Glover.
Il fait ensuite ses premiers pas devant une caméra dans la série The Best of Time, puis dans le film Ça chauffe au lycée Ridgemont, en 1982. En 1983, il tient son premier rôle important dans Valley Girl. Puis, après quelques rôles mineurs pour son oncle, Alan Parker l'engage pour jouer dans Birdy, en 1984. Le film recevra le Prix spécial du Jury à Cannes en 1985. En 1986, il joue, toujours pour Francis Ford Coppola, dans Peggy Sue s'est mariée. Nicolas Cage devient un acteur sur lequel il faut compter. Sur la demande de Cher, il est engagé pour lui donner la réplique en 1987 dans Eclair de Lune.
Suivent ensuite un rôle chez les frères Cohen (Arizon Junior), puis un chez David Lynch (Sailor & Lula). A partir des années 90, Nicolas Cage est en position de choisir ses films. En 1995, il joue pour Mike Figgis dans Leaving Las Vegas. Le film lui rapporte l'Oscar du meilleur acteur.
Après ce film, Nicolas Cage change de registre et se tourne vers les films d'action: Rock, les ailes de l'enfer, Volte/Face.
A la fin des années 90, il demande un cachet de 20 millions de $ par film pour le film 60 secondes chrono.
Passionné par le monde des comics et plus particulièrement des super-héros (son nom de scène lui vient d'ailleurs d'un super-héros, Luke Cage), il cherche durant les années 2000 un rôle dans le genre. Il se retrouve ainsi, à un niveau ou à un autre, pour jouer dans le Spider-Man de Sam Raimi, l'Iron Man de Jon Favreau, mais aussi et surtout le projet de reboot de la franchise de Superman que doit réaliser Tim Burton (ce dernier tombant finalement à l'eau). Il finira par obtenir le rôle titre de Ghost Rider pour Mark Steven Johnson en 2007, puis celui de Big Daddy dans le Kick-Ass de Matthew Vaughn.
La majorité des films dans lesquels a joué Nicolas Cage a connu le succès, que ce soit Rock, Les Ailes de l'enfer, Volte/Face, ou bien encore Benjamin Gates et le trésor des templiers, mais l'acteur a aussi connu quelques déconvenues, sans que cela ne porte jamais un réel préjudice ni à sa carrière ni à sa notoriété.
 
Nicolas Cage fut marié à l'actrice Patricia Arquette entre 1995 et 2001, puis à la fille d'Elvis Presley, Lisa Marie Presley (Cage est un grand fan du King) de 2002 à 2004. Il a aussi eu une relation (et un fils) avec l'actrice Christina Fulton, ainsi qu'avec Jenny Wright, Uma Thurman, et Kristen Zang. Depuis 2004, il est marié à Alice Kim.