Erwägungen:
1.
1.1. Der nigerianische Staatsangehörige X._ (geb. 1972) reiste anfangs 2002 in die Schweiz ein und ersuchte erfolglos um Asyl. Am 19. September 2002 heiratete er eine 21 Jahre ältere Schweizer Bürgerin, worauf ihm eine Aufenthaltsbewilligung zum Verbleib bei seiner Ehefrau erteilt wurde. Am 12. Oktober 2007 ersuchte er um Erteilung einer Niederlassungsbewilligung. Nachdem die Ehegatten am 24. Oktober 2007 gegenüber dem Amt für Migration des Kantons Luzern unterschriftlich bestätigt hatten, in einer intakten ehelichen Gemeinschaft zu leben und weder Trennungs- noch Scheidungsabsichten zu haben, wurde X._ am 10. Dezember 2007 die Niederlassungsbewilligung erteilt. Am 21. Januar 2008 stellte die Ehefrau einen Antrag um Aufhebung des gemeinsamen ehelichen Haushalts. Mit Entscheid des Amtsgerichtes Luzern-Stadt (heute Bezirksgericht Luzern) vom 20. Mai 2008 wurde das Getrenntleben geregelt und der gemeinsame Haushalt aufgehoben.
1.2. Mit Verfügung vom 10. August 2011 widerrief das Amt für Migration die Niederlassungsbewilligung von X._ und wies ihn aus der Schweiz weg. Auf Beschwerde hin bestätigte das Justiz- und Sicherheitsdepartement des Kantons Luzern mit Entscheid vom 7. Mai 2012 den Widerruf der Niederlassungsbewilligung und lehnte auch die Erteilung einer Aufenthaltsbewilligung ab. Erfolglos beschwerte sich X._ dagegen beim Verwaltungsgericht des Kantons Luzern.
1.3. Mit Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten vom 3. Dezember 2012 beantragt X._, das Urteil des Verwaltungsgerichts vom 29. Oktober 2012 aufzuheben, dem Beschwerdeführer die Niederlassungsbewilligung zu belassen, eventualiter eine Aufenthaltsbewilligung zu erteilen. Das Verwaltungsgericht sowie das Bundesamt für Migration schliessen auf Abweisung der Beschwerde. Das Justiz- und Sicherheitsdepartement sowie das Amt für Migration liessen sich nicht vernehmen. Mit Präsidialverfügung vom 12. Dezember 2012 ist der Beschwerde antragsgemäss aufschiebende Wirkung zuerkannt worden.
2.
Die Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten ist gegen den kantonal letztinstanzlichen Endentscheid betreffend den Widerruf der Niederlassungsbewilligung zulässig (vgl. Art. 83 lit. c [e contrario], Art. 86 Abs. 1 lit. d und Art. 90 BGG; BGE 135 II 1 E. 1.2.1 S. 4). Der Beschwerdeführer beansprucht zudem eine Aufenthaltsbewilligung gestützt auf Art. 50 AuG (SR 142.20). Auch insofern steht das vorliegende Rechtsmittel offen (vgl. Art. 83 lit. c Ziff. 2 BGG).
3.
3.1. Entgegen der Behauptung des Beschwerdeführers hat die Vorinstanz das Vorliegen einer Ausländerrechtsehe nicht verneint, sondern hat die Frage im Unterschied zu den unteren Instanzen trotz zahlreicher auf eine Scheinehe hindeutender Indizien offen gelassen, da verschiedene Umstände bereits bei der erstmaligen Erteilung der Aufenthaltsbewilligung bekannt waren. Den Widerrufsgrund nach Art. 63 Abs. 1 lit. a i.V.m. Art. 62 lit. a AuG hat sie zu Recht als erfüllt betrachtet, weil die eheliche Beziehung im Zeitpunkt (24. Oktober 2007), als der Beschwerdeführer unterschriftlich bestätigt hatte, die Ehe sei intakt und es werde weder eine Trennung noch eine Scheidung beabsichtigt, nicht mehr gelebt wurde und damit die Angaben des Beschwerdeführers offensichtlich nicht der wahren Sachlage entsprachen. Dies ergibt sich bei Berücksichtigung der gesamten Umstände namentlich aus der definitiven Aufgabe des ehelichen Zusammenlebens nur kurz nach Erhalt der Niederlassungsbewilligung, aus den nachträglichen Erklärungen der Ehegattin sowie aus der eigenen Aussage des Beschwerdeführers in einer E-Mail vom 26. Oktober 2007. Der Beschwerdeführer bringt nichts vor, was die Sachverhaltsfeststellungen oder die Würdigung der Vorinstanz als offensichtlich unrichtig erscheinen liesse. Wären der Ausländerbehörde damals die tatsächlichen ehelichen Verhältnisse bekannt gewesen, hätte sie dem Beschwerdeführer die Niederlassungsbewilligung nicht erteilt.
3.2. Die Vorinstanz hat sodann die Verhältnismässigkeit des Widerrufs der Niederlassungsbewilligung (vgl. BGE 139 I 16 E. 2.2.1 S. 19 mit Hinweis; vgl. Art. 96 Abs. 1 AuG) zu Recht bejaht. Der Staat kann nicht dulden, dass Anwesenheitsbewilligungen erschlichen werden; die Anordnung der entsprechenden Rechtsfolgen steht im Dienst des Schutzes der Rechtsordnung, was ein öffentliches Interesse darstellt. Demgegenüber ist das private Interesse des Beschwerdeführers an einem Verbleib in der Schweiz gering. Der Beschwerdeführer ist erst im Alter von 30 Jahren in die Schweiz eingereist und hat damit seine Kindheit sowie die prägenden Jugendjahre in seinem Heimatland verbracht. In der Schweiz ist er weder beruflich noch sozial erfolgreich integriert. In Nigeria verfügt er über Verwandte und Freunde, zu denen er durch Ferienaufenthalte und Telefonate noch engen Kontakt pflegt. Eine Rückkehr nach Nigeria ist dem Beschwerdeführer somit ohne weiteres zumutbar.
4.
Nach Auflösung der Ehe oder der Familiengemeinschaft besteht der Anspruch des Ehegatten auf Erteilung und Verlängerung der Aufenthaltsbewilligung weiter, wenn die Ehegemeinschaft mindestens drei Jahre gedauert hat und eine erfolgreiche Integration besteht (Art. 50 Abs. 1 lit. a AuG) oder wichtige persönliche Gründe einen weiteren Aufenthalt in der Schweiz erforderlich machen (Art. 50 Abs. 1 lit. b AuG). Wichtige Gründe im Sinn von Art. 50 Abs. 1 lit. b AuG können namentlich vorliegen, wenn die Ehegattin oder der Ehegatte Opfer ehelicher Gewalt wurde und die soziale Wiedereingliederung im Herkunftsland stark gefährdet erscheint (Art. 50 Abs. 2 AuG).
4.1. Die Vorinstanz ist davon ausgegangen, die Ehegemeinschaft habe drei Jahre gedauert, und hat dargelegt, weshalb nicht von einer erfolgreichen Integration des Beschwerdeführers gesprochen werden kann. Die diesbezüglichen Ausführungen sind nicht zu beanstanden und es kann darauf verwiesen werden. Der Beschwerdeführer hat somit keinen Anspruch auf Aufenthaltsbewilligung nach Art. 50 Abs. 1 lit. a AuG. Ob bei Erschleichen einer Niederlassungsbewilligung durch falsche Angaben überhaupt noch eine Erteilung einer Aufenthaltsbewilligung gestützt auf eine gelungene Integration in Frage käme, kann unter diesen Umständen dahingestellt bleiben.
4.2. Offenbar will der Beschwerdeführer sinngemäss einen weiteren Aufenthalt zudem gestützt auf Art. 50 Abs. 1 lit. b und Abs. 2 AuG beanspruchen (s. zu den Voraussetzungen für die Anerkennung eines Härtefalls nach dieser Bestimmung BGE 138 II 393 E. 3 S. 394 ff. mit Hinweisen). Er macht in diesem Zusammenhang geltend, er habe sich derart gut integriert und auch für die Belange der nigerianischen Diaspora eingesetzt, dass es ihm heute nicht mehr zumutbar sei, dieses Netzwerk aufzugeben und in sein Heimatland zurückzukehren. Abgesehen davon, dass - wie erwähnt - keine erfolgreiche Integration vorliegt, bringt der Beschwerdeführer damit jedenfalls nichts vor, was seine soziale Wiedereingliederung im Heimatland als stark gefährdet erscheinen liesse. Damit fällt ein Anwesenheitsanspruch gestützt auf Art. 50 Abs. 1 lit. b und Abs. 2 AuG ausser Betracht.
5.
Zudem rügt der Beschwerdeführer, die Vorinstanz habe "verschiedentlich wesentliche Umstände bzw. Akten, welche für die Darstellung des Beschwerdeführers sprächen, nicht berücksichtigt bzw. in willkürlicher Weise zu Ungunsten des Beschwerdeführers interpretiert" und damit das rechtliche Gehör verletzt und insgesamt ein unfaires Verfahren durchgeführt. Diese pauschale Kritik vermag den Anforderungen an die Begründung einer Grundrechtsverletzung nicht zu genügen (vgl. Art. 106 Abs. 2 BGG; vgl. BGE 136 II 489 E. 2.8 S. 494), weshalb insoweit auf die Beschwerde nicht eingetreten werden kann. Dass die Vorinstanz gewisse Umstände anders gewichtet und gewürdigt hat als der Beschwerdeführer, stellt im Übrigen ohnehin keine Gehörsverletzung dar (zu Art. 29 Abs. 2 BV vgl. BGE 138 V 125 E. 2.1 S. 127 mit Hinweisen).
6.
6.1. Die Beschwerde erweist sich als offensichtlich unbegründet und ist im vereinfachten Verfahren nach Art. 109 BGG abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Ergänzend wird auf die zutreffenden Ausführungen im angefochtenen Urteil verwiesen (Art. 109 Abs. 3 BGG).
6.2. Der unterliegende Beschwerdeführer trägt die Kosten des Verfahrens (Art. 66 Abs. 1 BGG). Ausgangsgemäss ist keine Parteientschädigung zuzusprechen (Art. 68 Abs. 3 BGG).
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1.
Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2.
Die Gerichtskosten von Fr. 2'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3.
Dieses Urteil wird dem Beschwerdeführer, dem Amt für Migration des Kantons Luzern, dem Justiz- und Sicherheitsdepartement des Kantons Luzern, dem Verwaltungsgericht des Kantons Luzern, Verwaltungsrechtliche Abteilung, sowie dem Bundesamt für Migration schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 18. Juli 2013
Im Namen der II. öffentlich-rechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Zünd
Die Gerichtsschreiberin: Dubs