Miguel Nicolelis cursou medicina na Universidade de São Paulo (USP) e fez doutorado no Instituto de Ciências Biomédicas, também na USP.

Em 1989, iniciou pós-doutorado na Universidade Hahnemann, na Filadélfia. Em 1994 foi contratado como Professor Assistente de Neurobiologia da Duke University, na Carolina do Norte.

Atualmente é Professor Titular de Neurobiologia e Co-Diretor do Centro de Neuroengenharia da Duke University – EUA e Coordenador do Instituto Internacional de Neurociências de Natal-Edmond e Lily Safra (IINN-ELS) – Brasil.

Chefia um grupo de 30 pesquisadores do Centro de Neuroengenharia da Duke University, que emprega as ferramentas computacionais da robótica e da neuroengenharia para desenvolver neuropróteses capazes de restaurar a mobilidade dos membros superiores de pacientes paralisados por trauma ou degeneração do sistema nervoso central.

Ele lidera o Projeto Andar de Novo, que propõe restituir mobilidade corpórea autônoma a paraplégicos por meio de neuropróteses, também conhecidas como ‘exoesqueletos’.

A primeira demonstração pública dessa tecnologia ocorreu na cerimônia de abertura da Copa do Mundo de Futebol, em junho de 2014, no Brasil. Nos seus laboratórios também estuda os mecanismos neurofisiológicos e possíveis novas terapias para a doença de Parkinson.

Apontado pela Revista Scientific American como um dos 20 maiores cientistas da atualidade.

Ganhou 50 prêmios internacionais, escreveu doze livros e publicou mais de 200 artigos, dos quais vinte na Science e na Nature, as revistas científicas mais importantes do mundo. Dentre os prêmios mais importantes destacam-se:

• Cátedra Anne Deane de Neurociência, agraciado pela Duke University;
• Cátedra Santiago Ramón y Cajal, pela Universidade Nacional do México;
• Cátedra Santiago Grisolia, pela Universidade de Valência;
• Cátedra Blaise Pascal, pela Escola Normal Superior de Paris;
• Cátedra EPFL-Natal, pela École Polytechnique Fédérale de Lausanne e Fundação Família Sandoz;
• Doutor Honoris Causa pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN);
• Director’s Pioneer Award e o Director’s Transformative R01 Award, recebidos dos Institutos Nacionais de Saúde (NIH) dos Estados Unidos;
• Cátedra Bernardo Alberto Houssay de Neurociências e Inclusão Social, pelo Instituto Mercosul de Estudos Avançados (IMEA), da Universidade Federal da Integração Latino-Americana (UNILA);
• Quatro vezes agraciado com o Prêmio Grass Lecture da Sociedade Americana de Neurociência. Membro da Academia Francesa de Ciências e da Academia Brasileira de Ciências.