Niels Arestrup débute au cinéma dans les années 70, après un passage par le cours de Tania Balachova. Il multiplie les apparitions dans des films d'auteurs du cinéma français - Chantal Akerman, Alain Resnais -, pour des seconds rôles marquants.
Les années 80 lui ouvrent les rôles principaux des films, tel Le futur est femme de Marco Ferreri. Une envergure de premier qu'il conserve par la suite.
Après le succès du film d'Audiard De battre mon cœur s'est arrêté, dans lequel il jouait le père de Romain Duris, Niels Arestrup s'apprête à jouer dans le nouveau film de ce dernier,Un prophète (2009). Niels Arestrup est également passé à la réalisation pour le film Le Candidat sorti en 2007, avec comme acteur phare Yvan Attal. Un artiste complet !
