Luisotti nació en 1961 en el municipio italiano de Viareggio. Empezó a estudiar música de niño con lecciones en el órgano de iglesia; a los once años era director del coro de la iglesia. Posteriormente se formó como pianista, graduándose en composición, trompeta y canto. Tras completar sus estudios, viajó a Milán, donde fue repetidor en La Scala, y Florencia, donde fue miembro del coro del Maggio Musicale Fiorentino. Los puestos que desempeñó posteriormente le permitieron asistir a directores como Lorin Maazel y Riccardo Muti en La Scala. Su primer empleo de dedicación exclusiva fue como maestro de coro en La Fenice en Venecia.
En la temporada 2010-2011 dirigió una producción nueva de Attila por Gabriele Lavia en La Scala, una coproducción con la Ópera de San Francisco, que se presentó allí en 2012. El director dirigió las representaciones del centenario de La fanciulla del Westen el Metropolitan y fue galardonado con el Premio Puccini por la Fondazione Festival Puccini.
Luisotti debutó en la Ópera de San Francisco en 2005 dirigiendo La forza del destino. El anuncio de su contrato como director musical de la compañía se hizo en 2007; Es el tercer director musical de la Ópera de San Francisco, tras John Pritchard y Donald Runnicles. Regresó a la compañía en 2008 para dirigir La bohème antes de asumir el cargo en 2009.
En su temporada inaugural dirigió Il trovatore, Salome, y Otello en otoño de 2009 y La fanciulla del West en verano de 2010. Desde entonces también ha dirigido Aida, Madama Butterfly, Turandot, Don Giovanni, Carmen, Attila, Rigoletto, Tosca, Lohengrin, y Così fan tutte.
Teatro di San Carlo
Nicola Luisotti fue nombrado director musical del Teatro di San Carlo en Nápoles en febrero de 2012. Desde entonces se pueden destacar una producción de I masnadieri, recogido en DVD, y el Réquiem de Verdi. En 2014 dirigió un Otello transmitido por la RAI.
