Après ses études, Kaur a déménagé à Mumbai et a travaillé comme modèle de presse. Elle a commencé à travailler en tant qu’actrice de théâtre apparaissant dans des pièces telles que Baghdad Wedding (2012), All About Women et Red Sparrow, travaillant avec des réalisateurs comme Sunil Shanbag et Manav Kaul.
Kaur a été lancée dans un clip en deux parties pour les chansons « Tera Mera Pyar » de Kumar Sanu et « Yeh Kya Hua » de Shreya Ghoshal en 2004. Les vidéos ont été réalisées par le scénariste-rédacteur Apurva Asrani. Elle a également fait des publicités télévisées.
Kaur a fait ses débuts au cinéma avec un petit rôle dans un film anglais, One Night with the King (2006), qui a été tourné au Rajasthan. Elle a fait ses débuts au cinéma en hindi avec Peddlers en 2012, produit par Anurag Kashyap. Le film a été projeté au Festival de Cannes avec de bonnes critiques.
Kaur s’est fait connaître du public lorsqu’elle est apparue dans une publicité pour Cadbury Silk.
Kaur a participé au festival de Cannes pour la deuxième fois pour le film romantique épistolaire The Lunchbox (2013). Le film a été un succès commercial et critique. Kaur a reçu des critiques élogieuses pour son interprétation d’une épouse solitaire qui commence une amitié avec un homme (joué par Irrfan Khan) à travers des lettres. Raja Sen de Rediff.com a dit de la performance de Kaur : « C’est une performance désarmante de naturel, impossible à oublier et difficile à analyser, et dans cet espace limité, on peut simplement exprimer son admiration. » Jay Weissberg, de Variety, l’a qualifiée de « présence radieuse » et Pratim D. Gupta, du Telegraph, a déclaré que « Nimrat se dépouille de tout sentimentalisme pour conférer dignité et grâce au personnage. Celui-ci est un début étincelant. »
En 2014, Kaur est apparue dans le rôle de l’agent de l’ISI Tasneem Qureishi dans la quatrième saison de la série télévisée américaine Homeland. La même année, elle s’est engagée à jouer avec Rajkummar Rao dans un drame psychologique sans titre qui sera réalisé par Saurabh Shukla.
En 2016, elle a joué dans le drame de guerre Airlift, aux côtés d’Akshay Kumar. Basé sur l’opération civile d’évacuation des Indiens basés au Koweït pendant la guerre Irak-Koweït, le film est sorti le 22 janvier avec des critiques majoritairement positives. Rajeev Masand a écrit dans sa critique : « Pour l’essentiel, le film semble authentique, et Nimrat Kaur s’y fond parfaitement. Juste un peu maladroite dans les premières scènes, elle s’impose au moment où elle doit prononcer un monologue cinglant lors d’une crise de foi sur les actions de son mari. » Le film est un succès financier. Kaur a également commencé à interpréter Rebecca Yedlin dans la deuxième saison de la série télévisée américaine Wayward Pines en 2016.
En 2017, Kaur a joué le rôle de Shikha Sharma dans la websérie hindi The Test Case.
Elle est revenue pour la huitième et dernière saison de Homeland en tant que régulière de série en février 2020.