Connie Nielsen naît le 3 juillet 1965 au Danemark.
À 18 ans, elle quitte son pays natal pour voyager et vivre à travers le monde, entre l'Europe, les Etats-Unis et l'Afrique du Sud.
En 2000, elle gagne sa notoriété grâce au rôle dans le film
Gladiator de Ridley Scott, où elle interprète "Terri Fisher" aux cotés de Gary Sinise, Tim Robbins et Don Cheadle. Avant, elle avait joué dans
Mission To Mars réalisé par Brian De Palma.
Connie Nielsen parle couramment le français. Ainsi, on la retrouve en 2002 dans le film
Demonlover d'Olivier Assayas avec Charles Berling.
En 2005, Connie Nielsen présente la comédie policière
Faux Amis de Harold Ramis avec John Cusack à la 31ème édition du Festival du Cinéma américain de Deauville.
De plus en plus sollicitée, en 2006, elle est également à l'affiche de long-métrages comme
The Great Raid et
Brothers. Deux ans plus tard, elle passe devant la caméra de Stuart Townsend pour
Bataille à Seattle aux côtés de Charlize Theron.