Tommaso Parentucelli nasceu em Sarzana, na Ligúria, em 13 de novembro de 1397, filho de um médico de origem humilde. A morte precoce do pai o obrigou a interromper os estudos de filosofia na Universidade de Bolonha por falta de recursos, e ele passou a trabalhar como preceptor dos filhos das influentes famílias florentinas Strozzi e Albizzi — período que o colocou em contato direto com os principais humanistas de seu tempo. De volta a Bolonha, concluiu os estudos de teologia e, em 1422, tornou-se bibliotecário e secretário do bispo Niccolò Albergati, a quem serviu por vinte anos, acompanhando-o em viagens diplomáticas pela Alemanha, França e Inglaterra — experiência que lhe permitiu reunir uma vasta coleção pessoal de livros e manuscritos.

Destacou-se no Concílio de Florença por seus profundos conhecimentos de patrística e escolástica, e em 1444 sucedeu Albergati como bispo de Bolonha. Dois anos depois, após negociar com sucesso um acordo entre a Santa Sé e o Sacro Império que pacificou distúrbios civis na cidade, foi nomeado cardeal de Santa Susana pelo papa Eugênio IV. Em 1447, no conclave seguinte à morte de Eugênio IV, foi eleito papa, adotando o nome de Nicolau V em homenagem a seu falecido benfeitor e mentor, Niccolò Albergati.

Conhecido como ""o Grande Papa Humanista"", Nicolau V dedicou-se com entusiasmo a consolidar Roma como centro do Renascimento cristão. Fundou, em 1448, o núcleo original da Biblioteca Apostólica Vaticana, reunindo e resgatando preciosos manuscritos clássicos e patrísticos, e patrocinou a tradução de obras de autores como Diodoro, Tucídides, Homero e Estrabão para o latim. Atraiu a Roma pintores como Fra Angelico e Piero della Francesca, promoveu a restauração da cidade e de seu sistema de abastecimento de água, e deu início aos projetos que décadas depois resultariam na reconstrução da Basílica de São Pedro.

No plano político-eclesiástico, seu pontificado alcançou uma vitória decisiva: em 1449, conseguiu a renúncia do antipapa Félix V, encerrando definitivamente o Concílio de Basileia e o cisma conciliarista que havia atormentado seu antecessor — restaurando plenamente a unidade e a autoridade da Sé Romana. Em 1448, firmou o Concordato de Viena com o imperador Frederico III, e em 1452 coroou-o imperador em Roma, a última coroação imperial realizada na cidade. Proclamou ainda o Jubileu de 1450, que atraiu multidões de peregrinos a Roma.

Um episódio de seu pontificado gera hoje reflexão crítica entre historiadores: em 1455, através da bula ""Romanus Pontifex"", dirigida ao rei Afonso V de Portugal, Nicolau V concedeu à coroa portuguesa direitos exclusivos de navegação e comércio na costa africana, e autorizou a subjugação de povos não cristãos nesses territórios — documento que, junto com a anterior ""Dum Diversas"" (1452), viria a ser historicamente associado à legitimação religiosa da expansão colonial, tema hoje analisado com profundo espírito crítico pela própria Igreja. O golpe final de seu pontificado veio em 1453, com a queda de Constantinopla para os turcos otomanos, notícia que o abalou profundamente; tentou, sem êxito, organizar uma cruzada de socorro. Faleceu em Roma, em 24 de março de 1455.