Nelson è cresciuto a Portland e ha frequentato la Wesleyan University in Connecticut. Prima di diventare autore Nelson è stato musicista e compositore. Ha iniziato la sua carriera da scrittore pubblicando dei brevi pezzi umoristici sulla rivista Details a metà anni novanta.

Il suo primo romanzo, Girl, è stato pubblicato in otto paesi. Nel 1998 fu trasformato in un film con Dominique Swain e Summer Phoenix. Dopo più di quindici anni e dieci libri alle spalle, Nelson ha scritto il sequel di Girl intitolato Dream School.

Il breve romanzo Paranoid Park, l'opera per la quale Nelson è maggiormente noto a livello internazionale, si è aggiudicato il premio Grinzane in Italia ed è stato portato sul grande schermo dal regista Gus Van Sant. Nel 2007 il film Paranoid Park ha vinto il premio speciale al Festival del Cinema di Cannes.