Etter examen artium 1920 i Kristiansund og cand.med. 1928 ble han dr.med. 1935 på en avhandling om hvordan en tarmen til en hund suger opp kalsium. Dermed ble han var professor i ernæringsforskning ved Universitetet i Oslo i 1940. Han fortsatte til 1972. Nicolaysen startet Biokjemisk Institutt i 1955, og ved Nordisk husholdshøgskole etablerte han i 1967 egen linje for ernæring.