Nicoline Thaulow var datter av amtmann i Nordre Bergenhus amt og kammerherre Niels Andreas Vibe (1759–1814) og Margery Kierulf (1775–1852). Hun var søster av major og kartograf Andreas Vibe (1801–1860), professor Frederik Ludvig Vibe (1803–1881) og Henriette Gislesen (1809–1859). Hun ble 7. januar 1834 gift i Vår Frelsers kirke i Christiania med sin tremenning, legen og forretningsmannen Heinrich Arnold Thaulow (1808–1894).