Han var sønn av kjøpmann på Bakklandet Johan Gjert Ulstad og hustru Serine Bergitte Eggen. Han hadde tre brødre. Faren var født på Ersgård i Stjørdal, og eidsvollsmann og stortingsmann Petter Johnsen Ertzgaard var farens fetter. Slektsnavnet Ulstad, som Nicolai Ulstads gren av slekten beholdt, kom fra gården Ulstad i Skjelstadmark, hvor hans oldefar ble født.