Nach ihrem Studium zog Kaur nach Mumbai und arbeitete als Printmodel. Sie begann als Theaterschauspielerin zu arbeiten und trat in Stücken wie „Baghdad Wedding“ (2012), „All About Women“ und „Red Sparrow“ auf, wobei sie mit Regisseuren wie Sunil Shanbag und Manav Kaul zusammenarbeitete.
Kaur wurde 2004 in einem zweiteiligen Musikvideo für die Songs „Tera Mera Pyar“ von Kumar Sanu und „Yeh Kya Hua“ von Shreya Ghoshal vorgestellt. Regie bei den Videos führte der Autor und Herausgeber Apurva Asrani. Sie machte auch TV-Werbung.
Kaur gab ihr Filmdebüt mit einer kleinen Rolle in einem englischen Film, One Night with the King (2006), der in Rajasthan gedreht wurde. Ihr Hindi-Filmdebüt gab sie 2012 mit Peddlers, produziert von Anurag Kashyap. Der Film wurde bei den Filmfestspielen in Cannes gezeigt und erhielt gute Kritiken.
Kaur wurde der Öffentlichkeit bekannt, als sie in einer Cadbury Silk-Werbung auftrat.
Kaur nahm zum zweiten Mal an den Filmfestspielen in Cannes teil, und zwar mit dem romantischen Briefroman The Lunchbox (2013). Der Film war ein kommerzieller und kritischer Erfolg. Kaur erhielt begeisterte Kritiken für ihre Darstellung einer einsamen Ehefrau, die durch Briefe eine Freundschaft mit einem Mann (gespielt von Irrfan Khan) beginnt. Raja Sen von Rediff.com sagte über Kaur’s Leistung: „Es ist eine entwaffnend natürliche Darbietung, die man nicht vergessen kann und die schwer zu analysieren ist, und in diesem begrenzten Rahmen kann man nur Bewunderung ausdrücken.“ Jay Weissberg von Variety nannte sie eine „strahlende Präsenz“ und Pratim D. Gupta von The Telegraph meinte, dass „Nimrat alle Sentimentalität abstreift, um der Figur Würde und Anmut zu verleihen. Das ist ein glänzendes Debüt.“
Im Jahr 2014 spielte Kaur die ISI-Agentin Tasneem Qureishi in der vierten Staffel der amerikanischen Fernsehserie Homeland. Im selben Jahr verpflichtete sie sich, an der Seite von Rajkummar Rao in einem noch unbetitelten psychologischen Drama unter der Regie von Saurabh Shukla zu spielen.
Im Jahr 2016 spielte sie an der Seite von Akshay Kumar in dem Kriegsdrama Airlift. Der Film, der auf der zivilen Operation der Evakuierung von Indern in Kuwait während des Irak-Kuwait-Krieges basiert, wurde am 22. Januar mit überwiegend positiven Kritiken veröffentlicht. Rajeev Masand schrieb in seiner Kritik: „Der Film wirkt größtenteils authentisch, und Nimrat Kaur fügt sich gut ein. In den ersten Szenen ist sie noch ein wenig unbeholfen, doch spätestens, wenn sie während einer Glaubenskrise über die Handlungen ihres Mannes einen vernichtenden Monolog halten muss, kommt sie voll zur Geltung.“ Der Film war ein finanzieller Erfolg. Kaur begann 2016 auch mit der Darstellung von Rebecca Yedlin in der zweiten Staffel der amerikanischen Fernsehserie Wayward Pines.
Im Jahr 2017 spielte Kaur die Rolle der Shikha Sharma in der Hindi-Webserie The Test Case.
Sie kehrte im Februar 2020 für die achte und letzte Staffel von Homeland als Serienmitglied zurück.