Nicole Chevalier studierte an der Indiana University (USA) und an der Juilliard School in New York City. In dieser Zeit gastierte sie an der New York City Opera in der Titelpartie von Carlisle Floyds Oper »Susannah«. Sie vervollständigte ihre Gesangsausbildung in Meisterklassen bei Martina Arroyo, Joan Dornemann, Renata Scotto und Giorgio Tozzi und einem einjährigen Italienaufenthalt sowie auf dem La Piccola Scala Festival (Mailand) und beim International Opera Festival (Rom).
Ihr erstes Festengagement führte sie von 2003 bis 2007 an das Theater Freiburg, wo sie als Iphise in »Dardanus«, Ilia in »Idomeneo«, die Gräfin in »Le Nozze di Figaro«, Fiordiligi in »Così fan tutte«, Adina in »L’Elisir d’Amore« und Maria Stuarda zu hören war. Für die Partie der Lucia in Donizettis »Lucia di Lammermoor« wurde sie in der Zeitschrift »Opernwelt« mehrfach als Beste Sängerin nominiert. 2007 gastierte sie mit dieser Partie auch am Theater St. Gallen und Theater Heilbronn. Von 2007 bis 2009 gehörte die Sopranistin zum Ensemble des Staatstheaters Kassel, wo sie als Antonia und Giulietta (»Les Contes d’Hoffmann«), Alice Ford (»Falstaff)«, Donna Elvira (»Don Giovanni«), Iole (Herkules«), Margarethe (»Faust«), Blanche (Les Dialogues des Carmélites«) und wiederum als Lucia zu erleben war. Sie trat darüber hinaus regelmäßig als Konzertsängerin auf, unter anderem bei den Bregenzer Festspielen 2007 mit den Wiener Symphonikern unter Kirill Petrenko. Seit der Spielzeit 2009/10 ist sie fest engagiert an der Staatsoper Hannover. Dort sang sie unter anderem Micaëla in »Carmen«, 1. Dame in »Die Zauberflöte« und Marie in »La Fille du Régiment«. Für ihr Rollendebüt als Violetta in einer Neuproduktion von »La Traviata« wurde sie 2011 von Publikum und Presse gefeiert. An der Staatsoper Hamburg gibt sie in der Spielzeit 2011/12 ihr Debüt mit ihrer Paraderolle, der Titelpartie in »Lucia di Lammermoor«.