Niklas Dyrhaug court d'abord dans la Coupe de Scandinavie à partir de 2008, puis prend son premier départ en Coupe du monde le à Beitostølen. Il marque ses premiers points en à Drammen sur le quinze kilomètres classique (). Après une première participation au Tour de ski (), il connaît l'honneur des podiums en 2012, où il gagne avec le relais à Nove Mesto et surtout avec la troisième place aux Finales 2012 disputées à Falun. Après deux saisons plus en retrait, il réalise une bonne saison en 2015 avec une sixième place au Tour de ski et au classement général de la Coupe du monde ainsi qu'un titre de champion du monde de relais à Falun avec Didrik Tønseth, Anders Gløersen et Petter Northug. Il y est aussi septième du skiathlon.