En 2019, chez les juniors (moins de 19 ans), Nicolas Heinrich se classe troisième du championnat d'Allemagne du contre-la-montre et de l'Internationale Cottbuser Junioren-Etappenfahrt. Sur piste, il devient cette même année champion d'Europe de poursuite juniors et remporte le bronze en poursuite par équipes, avec Pierre-Pascal Keup , Hannes Wilksch, Tobias Buck-Gramcko et Moritz Kretschy. Aux mondiaux sur piste juniors , organisés à domicile à Francfort-sur-l'Oder, il devient champion du monde de poursuite par équipes avec Keup, Wilksch, Buck-Gramcko et Kretschy en réalisant un nouveau record du monde juniors en 3 minutes et 58.793 secondes. Lors de ces championnats, Heinrich décroche également la médaille d'argent en poursuite individuelle derrière son compatriote Tobias Buck-Gramcko .
En 2020, aux championnats d'Europe sur piste espoirs (moins de 23 ans), il décroche la médaille de bronze sur la poursuite par équipes avec Buck-Gramcko, Felix Groß et Richard Banusch . L'année suivante, il est médaillé d'argent de la poursuite individuelle aux championnats d'Europe espoirs et participe à ses premiers championnats du monde et d'Europe avec les élites. En avril 2022 , lors de la première manche de la Coupe des nations sur piste à Glasgow, il termine deuxième de la poursuite derrière Corentin Ermenault .