Han var sønn av den kjente kirurgen Julius Nicolaysen («Keiseren»). Etter først å ha tatt en ingeniørutdannelse, gikk han over til medisin og ble i 1886. I 1889 ble han ansatt ved Rikshospitalet, og fra 1892 var han kirurg ved Diakonisseanstaltens sykehus. I 1895 fikk han doktorgraden for en avhandling om tarmslyng. I 1909 ble han utnevnt til professor ved Universitetet i Kristiania, og samme år ansatt som overlege ved Rikshospitalets kirurgiske avdeling.