Tras sus estudios, Kaur se trasladó a Bombay y trabajó como modelo de prensa. Comenzó a trabajar como actriz de teatro apareciendo en obras como Baghdad Wedding (2012), All About Women y Red Sparrow, trabajando con directores como Sunil Shanbag y Manav Kaul.
Kaur se lanzó en un vídeo musical de dos partes para las canciones «Tera Mera Pyar» de Kumar Sanu y «Yeh Kya Hua» de Shreya Ghoshal en 2004. Los vídeos fueron dirigidos por el escritor y editor Apurva Asrani. También hizo anuncios de televisión.
Kaur debutó en el cine con un pequeño papel en una película inglesa, One Night with the King (2006), que se rodó en Rajastán. Su debut en el cine hindi se produjo con Peddlers en 2012, producida por Anurag Kashyap. La película se proyectó en el Festival de Cannes con buenas críticas.
Kaur llamó la atención del público cuando apareció en un anuncio de Cadbury Silk.
Kaur asistió al festival de Cannes por segunda vez para la película romántica epistolar The Lunchbox (2013). La película fue un éxito comercial y de crítica. Kaur recibió muy buenas críticas por su interpretación de una esposa solitaria que inicia una amistad con un hombre (interpretado por Irrfan Khan) a través de cartas. Raja Sen, de Rediff.com, dijo de la actuación de Kaur: «Es una actuación desarmantemente natural, imposible de olvidar y difícil de analizar, y en este espacio limitado uno puede limitarse a expresar su admiración». Jay Weissberg, de Variety, la calificó de «presencia radiante» y Pratim D. Gupta, de The Telegraph, dijo que «Nimrat se despoja de todo sentimentalismo para dotar de dignidad y gracia al personaje. Es un debut brillante»
En 2014, Kaur apareció como la agente del ISI Tasneem Qureishi en la cuarta temporada de la serie estadounidense Homeland. Ese mismo año se comprometió a protagonizar junto a Rajkummar Rao un drama psicológico sin título que dirigirá Saurabh Shukla.
En 2016, actuó en el drama bélico Airlift, junto a Akshay Kumar. Basada en la operación civil de evacuación de indios con base en Kuwait durante la guerra entre Irak y Kuwait, la película se estrenó el 22 de enero con críticas mayoritariamente positivas. Rajeev Masand escribió en su crítica: «En su mayor parte, la película parece auténtica, y Nimrat Kaur se integra perfectamente. Aunque es un poco torpe en las primeras escenas, se desenvuelve con soltura cuando debe pronunciar un mordaz monólogo durante una crisis de fe por las acciones de su marido». La película fue un éxito económico. Kaur también comenzó a interpretar a Rebecca Yedlin en la segunda temporada de la serie de televisión estadounidense Wayward Pines en 2016.
En 2017, Kaur protagonizó el papel de Shikha Sharma en la serie web hindú The Test Case.
Volvió para la octava y última temporada de Homeland como serie regular en febrero de 2020.