Roeg vstúpil do sveta filmu v 60. rokoch minulého storočia najskôr ako kameraman a podieľal sa na viacerých slávnych filmoch ako Lawrence z Arábie (1962) či 451 stupňov Fahrenheita (1966).
Jeho režisérska filmografia obsahuje okrem iných tituly ako Performance (1970), v ktorej si zahral titulnú rolu Mick Jagger, Teraz sa nepozeraj (1973) s Julie Christie a Donaldom Sutherlandom, či Muž, ktorý spadol na Zem (1976), v ktorom titulnú úlohu stvárnil David Bowie. Jeho posledným medzinárodne úspešným filmom bola snímka Čarodejnice (1990) na motívy knihy Roalda Dahla.
Britský filmový inštitút zaradil v roku 1999 dva Roegom režírované filmy medzi stovku najlepších britských celovečerných filmov všetkých čias. Snímka Teraz sa nepozeraj skončila na ôsmom a film Performance na 48. mieste.
Nicolas Roeg bol trikrát ženatý a mal šesť detí.
