Nyck de Vries ließ sich 2010 und 2011 zum Kart-Weltmeister krönen, nachdem er zuvor unter anderem Deutscher Junioren-Kartmeister und Kart-Europameister geworden war. Diese Erfolge sorgten dafür, dass er 2010 in das Förderprogramm des Formel-1-Teams McLaren aufgenommen wurde. 2012 wechselte de Vries in den Formelsport, wo er unterschiedliche Serien der Formel Renault bestritt. 2014 gewann er den Meistertitel im Formel Renault 2.0 Eurocup und in der Alpinen Formel Renault. Hier setzte er sich unter anderem gegen Charles Leclerc durch. Im folgenden Jahr wurde er Dritter in der Formel Renault 3.5.

Ein weiteres Jahr später wechselte de Vries in die GP3-Serie, wo er Gesamtsechster wurde. 2017 debütierte er in der Formel 2, wechselte allerdings während der laufenden Saison das Team und beendete die Saison auf Platz 7. Im folgenden Jahr steigerte er sich auf den vierten Platz. 2019 wechselte er zu ART Grand Prix. Mit dem Sieg beim Rennen in Sotschi sicherte er sich vorzeitig den Formel-2-Titel.

Parallel zu seinem Engagement im Formelsport trat de Vries für das Racing Team Nederlands in der LMP2-Kategorie der Langstrecken-Weltmeisterschaft WEC an. Gemeinsam mit Frits van Eerd und Giedo van der Gaarde erzielte er den Klassensieg beim 6-Stunden-Rennen von Fuji 2019. Ende 2020 bestritt er für das Mercedes-Team zudem den Young-Driver-Test der Formel 1 in Abu Dhabi.

Nyck de Vries fährt seit der Saison 2019/20 als Stammfahrer für Mercedes-Benz EQ in der Formel E. Sein Renndebüt gab der Niederländer beim Diriyya E-Prix 2019. Nach Maximilian Günther war er der zweite Pilot, der unmittelbar aus der Formel 2 in die Formel E wechselte - und zwar als frisch gekrönter Champion. Seine Debütsaison schloss er als bester Rookie auf dem elften Gesamtrang ab. Beim Saisonfinale 2020 in Berlin erreichte er mit Platz 2 sein erstes Formel-E-Podium. Auch in der Saison 2021 startet de Vries für Mercedes.