Va rebre classes de Pàvel Txistiakov a l'Acadèmia Imperial de les Arts de Sant Petersburg i més tard es va unir al grup de pintors realistes russos autodenominats els "Peredvíjniki." La seva obra "La visió del jove Bartomeu" (1890-91), on plasma la conversió de Sergi de Ràdonej, és considerada com l'inici del simbolisme rus i la seva primera obra mestra. De 1890 a 1910, Nésterov va residir a Kíev i a Sant Petersburg, ciutats on va pintar frescos a la Catedral de Sant Vladímir (Kíev) i a l'església del Salvador sobre la Sang Vessada (Sant Petersburg). El 1910 es va instal·lar a Moscou, on va passar la resta de la seva vida treballant per al Convent de Santa Marta i Santa Maria (Marfo-Marïinski). Fidel devot de l'Església Ortodoxa russa, no va donar suport a la Revolució d'Octubre de 1917 ni hi va simpatitzar, però va romandre a la Unió Soviètica fins a la seva mort.