Nato in Argentina, frequenta l'Accademia di Belle Arti di Buenos Aires, prima di appassionarsi alla recitazione. Giovanissimo, inizia a lavorare per il cinema e il teatro in una serie di piccoli ruoli e nel 2008 vince il Rolex Grant, grazie al quale può trasferirsi a New York, dove per un periodo si unisce a The Wooster Group, celebre compagnia teatrale indipendente.
Tornato in patria, recita in La Sangre brota, di Pablo Fendrik, che viene selezionato per la Semaine de la Critique a Cannes: qui viene notato da Benoît Jacquot, che gli affida il ruolo di protagonista in Au fond des bois (2010), presentato con successo al Festival di Locarno. Nahuel ritorna a Cannes, nella sezione Un Certain Regard, con il film di Rebecca Zlotowski Grand Central, quindi è in Belgio dove gira Je suis à toi, di David Lambert, per cui viene premiato come migliore attore al Festival di Karlovy Vary. Nel 2016 è nel cast dell'applaudito Vor der Morgenröte, film austriaco dedicato allo scrittore Stefan Zweig, mentre l'anno successivo arriva la consacrazione definitiva grazie a Au revoir là-haut, di Albert Dupontel, e a 120 battiti al minuto, vincitore del Grand Prix all'ultimo Festival di Cannes.
Tra le interpretazioni più recenti troviamo Lezioni di persiano (2019), The Intruder (2020) e Un anno, una notte (2022).