Den hellige Nikolas I får av noen tilnavnet den Store (Magno, il Grande), mens andre reserverer den ærestittelen bare for Leo I og Gregor I. Han var fra Roma og av fornem avstamming, sønn av Theodor, som var regionar, det vil si en høy pavelig tjenestemann. Leo fikk sin utdannelse i Lateranet og sluttet seg til presteskapet. Han tjente under sine tre forgjengere, og steg stadig høyere i kuriens hierarki. Han fikk stadig større innflytelse i Lateranet under Sergius II og Leo IV, og under Benedikt III hadde han avgjørende innflytelse som pavens betrodde rådgiver. Han ble viet til subdiakon og var til slutt kardinaldiakon. Han var en vakker mann som gjorde seg bemerket for sin nestekjærlighet og sin rettferdighet.
Da keiser Ludvig II (855-75) fikk høre om Benedikt IIIs død den 17. april 858, skyndte han seg til Roma for å gjøre sin innflytelse gjeldende ved pavevalget. Som i 855 ble også nå først kardinalpresten Hadrian valgt til ny pave, men han avslo nok en gang. (Han skulle imidlertid bli Nikolas' etterfølger.) I samsvar med keiserens ønske og i hans nærvær ble så Nikolas den 24. april 858 valgt til Peters stol og konsekrert samme dag. Han ble som den første paven i historien kronet med tiara.
Selv om Nikolas ikke en gang satt 10 år på pavestolen, regnes han som den betydeligste pave i den tidlige middelalder. Han var ærelysten og viljesterk og ble kalt «den største paven mellom Gregor I og Gregor VII». Han var også en av de betydeligste og mest handlekraftige pavene overhodet. Han hadde arvet sitt syn på paveembetet fra Leo I, Gelasius I og Gregor I. Han understreket ikke bare at Kristus selv hadde innsatt pavedømmet og utstyrt det med alle fullmakter, men han gjorde også som Guds stedfortreder på jorden krav på den høyeste autoritet både i kirkelige og verdslige anliggender. Som troens øverste vokter krevde han den øverste læremyndighet, og som Vicarius Christi krevde han den universelle jurisdiksjon over hele Kirken. Synoder skulle bare være organer for å utføre hans avgjørelser. Han påberopte seg de pseudo-isidoriske dekretalene: «Paven er Guds stedfortreder på jorden og kan ikke dømmes av noen, ikke en gang av keiseren.» Fryktløs og mektig som en gammeltestamentlig profet kjempet han for Guds rettigheter på jorden (som han så dem). De kirkelige og verdslige sfærer var helt forskjellige, og mens enhver innblanding av fyrster i kirkelige anliggender måtte fordømmes, hadde kirken rett til å vokte over og influere staten, og å se til den for beskyttelse og støtte. Nikolas motsatte seg den gamle skikken med deltakelse av verdslige fyrster på synoder. Han gikk også mot alle tilløp til nasjonalkirker.
Alt Nikolas gjorde var preget av hans syn på paveembetet. Det er hevet over enhver tvil at han var en av de mest autoritære innehavere av Peters stol, og det er forståelig at det kom til konflikter både med geistlige og verdslige makthavere. Man sa at Nikolas var den fødte hersker, og ingen kunne skremme ham tilbake når det gjaldt forsvar av Kirkens rettigheter og Kirkens enhet.
Først utøvde Nikolas sin autoritet over metropolitter som motsatte seg pavelig intervensjon. Et notorisk eksempel var erkebiskop Johannes av Ravenna (850-61), som igjen prøvde å bli uavhengig av Roma. Erkebiskopen blandet seg inn i sakene til sine suffraganer, utnyttet pavens undersåtter og representanter og nektet å etterkomme pavens stevninger. Han tillot også messer å bli lest på polsk og slovensk. Med keiseren til stede avholdt Nikolas et synode i Ravenna, men den førte bare til en forbigående enighet. Da Johannes igjen forgrep seg på romersk kirkegods i 861, stevnet Nikolas ham til Roma og ekskommuniserte og avsatte ham den 24. februar 861. Deretter dro paven selv til Ravenna, som jo tilhørte Kirkestaten, og grep inn med makt. Johannes måtte til slutt underkaste seg paven på en romersk synode i november 861 etter å ha sverget på å være Romas undersått i fremtiden.
Enda kraftigere ble pavens sammenstøt med frankerne. Paven erklærte de frankiske bispemøtenes beslutninger for ugyldige, avsatte erkebiskoper og biskoper, og meddelte Karl den Skallete at paven ikke kunne beskytte keiseren hvis keiseren ikke på alle måter støttet paven. Den mektige og selvbevisste frankiske erkebiskop Hinkmar av Reims (845-82), den mektigste metropolitt i keiserriket og en av tidens betydeligste personligheter, ekskommuniserte og avsatte biskop Rothad av Soissons (død 869) på en regionalsynode i 861, på grunn av at han egenmektig hadde straffet en presbyter. Da biskop Rothad appellerte til Roma, beordret paven en ny undersøkelse. Nikolas kalte Rothad til Roma, og på en romersk synode i januar 865 ble biskopen rehabilitert og gjeninnsatt. Ved denne anledning påberopte paven seg de pseudo-isidoriske dekretalene, som var tillagt Isidor av Sevilla, men som i virkeligheten var laget ca 850 i Frankrike. De påsto å forsvare rettighetene til bispedømmenes biskoper mot sine metropolitter og å fastslå pavens overhøyhet over synoder og metropolitter. Det forblir et ubesvart spørsmål om Nikolas var klar over at dekretalene var falsknerier. Hinkmar bøyde seg til slutt for pavens dom, også Karl den Skallete, som sto bak Hinkmar, føyde seg.
Bitrere for Hinkmar var pavens inngripen i et indre anliggende i hans bispedømme. Hans forgjenger Ebo var blitt avsatt i forbindelse med maktkampene i franker-riket, men hadde igjen en tid tatt styringen av erkebispedømmet og viet prester og diakoner. Hinkmar opphevet gyldigheten av deres vielser, og de henvendte seg til Roma. Striden endte med at Nikolas i desember 866 kategorisk befalte erkebiskop Hinkmar å gjeninnsette dem i sine embeter. Også nå føyde Hinkmar seg, og denne gangen sto kongen ikke bak ham.
Paven var en kompromissløs forsvarer av ekteskapets hellighet, og nølte ikke med å gripe inn også overfor verdslige fyrster om nødvendig. Kong Lothar II (855-69) av Lorraine hadde levd sammen med sin konkubine Waldrada helt fra ungdomsårene. Men da han kom til makten, inngikk han av politiske grunner ekteskap med Theutberga, søster av greve og abbed Hubert av St. Maurice, som behersket øvre Rhônedalen og dermed alpeovergangen til Italia. Men da ekteskapet ble barnløst, forstøtte kongen i 862 sin rettmessige kone etter falske anklager om at hun hadde begått incest med broren og foretatt en abort for å skjule frukten av forholdet. Selv om Theutberga besto en prøve med kokende vann, ble hun presset til å skrive under en tilståelse. Lothar giftet seg med Waldrada, som allerede hadde født ham tre barn.
Den uskyldige dronningen vendte seg til paven med bønn om hjelp. Men de underdanige frankiske biskopene sto på pinne for Lothar, så en synode i Aachen den 29. april 862 godkjente skilsmissen. På en ny synode i Metz i juni 863 deltok pavelige legater, men de lot seg kjøpe av bestikkelser og synoden ratifiserte Lothars nye ekteskap. Da erkebiskopene Theutgard av Trier (død 868) og Gunthar av Köln (død 873) senere på året brakte synodevedtakene til Roma, kjente Nikolas' raseri ingen grenser. Ikke bare forkastet han beslutningene fra synoden, men han skapte presedens ved å ekskommunisere og avsette de to erkebiskopene for medvirkning til bigami uten noen rettslig prøving.
Men keiser Ludvig II tok opp deres sak, marsjerte med en hær mot Roma. Han beleiret byen og prøvde å sulte ut Nikolas, som ble tvunget til å ta tilflukt i Peterskirken. Men til slutt fikk en feber Ludvig til å gi opp, og frankerne trakk seg tilbake. Keiseren tvang erkebiskopene til å akseptere de dommene de hadde fått. Lothar ble tvunget til å gi etter og bli forsonet med sin rettmessige kone, i det minste midlertidig. Pavens moralske seier var fullstendig.
Nikolas hevdet også med karakteristisk energi Romas overhøyhet i øst, og dette førte til en dyp konflikt med østkirken. Blant annet søkte han å gjenopprette den romerske jurisdiksjonen over Illyria, som for lengst var gått over til Konstantinopel.
Keiser Mikael III Methystes («Drukkenbolten») (846-67) var sønn av enkekeiserinne Theodora. han hadde ført et vilt og omtumlet liv, og da han ble voksen, sendte han sin mor i kloster og overlot regjeringsoppgavene til sin onkel Bardas. Han støttet tidens største humanist, Fotios, som han gjorde til kansellisjef (statssekretær).
På slutten av 858 ble patriark Ignatios av Konstantinopel (847-58; 867-77) tvunget til å abdisere og ble erstattet med den lærde og dyktige Fotios (858- 67; 878-86), som ennå var legmann. Fotios meddelte Nikolas om sitt valg i 860.
Men i mellomtiden hadde skuffede tilhengere av Ignatios angrepet Fotios fordi han skulle ha fått sitt embete på ulovlig vis, og både han og keiser ba paven om å sende legater til Konstantinopel. Nikolas sendte biskopene Radoald av Porto og Zacharias av Anagni for å finne ut av situasjonen, og i mellomtiden nektet han å anerkjenne Fotios.
På en synode i Konstantinopel i 861 gikk legatene ut over sine fullmakter og anerkjente uttrykkelig Fotios som rettmessig patriark, til gjengjeld aksepterte østkirken pavens appellmyndighet, uten å oppgi sitt selvstyre i ordinære kirkesaker. Men paven ble ensidig informert av abbed Theognostos, en bitter motstander av Fotios som hadde flyktet til Roma for å gi sin versjon av saken. Så Nikolas overprøvde sine legater, avsatte dem og ekskommuniserte Fotios på en synode i Lateranet i august 863 og gjeninnsatte Ignatios i sine patriarkrettigheter. Han meddelte dette til patriarken og keiseren. Da keiseren rasende protesterte, sendte Nikolas ham den 28. september 865 en bitende irettesettelse, forsvarte sine handlinger og forklarte i detalj Den hellige Stols evige rettigheter.
Krisen ble skjerpet av bulgarermisjonen. Bulgarias tsar Boris (Bogoris) I var nettopp blitt døpt av bysantinske misjonærer, og tok navnet til sin keiserlige gudfar Mikael. Men han hadde vært i kontakt med både den østlige og den vestlige kirken, og nølte nå i valget mellom dem. Av frykt for at et kirkelig forbund med Bysants skulle føre til politisk avhengighet av østromerriket, vendte han seg i 866 til Roma og ba Nikolas om å sende misjonærer. Paven sendte i 866 to biskoper som legater til Bulgaria og utstyrte dem med detaljerte instruksjoner i moralske og rettslige spørsmål, ofte anti-bysantinske i tonen. Den ene av legatene, Formosus (senere pave), vant så stor gunst hos Boris at tsaren ønsket ham som metropolitt til sitt nyopprettede erkebispedømme. Men dette nektet paven, fordi Formosus allerede var biskop av Porto, og kirkeretten på den tiden tillot ikke flytting av biskoper fra et sete til et annet. Paven besvarte tsarens spørsmål i et berømt læreskriv om rettslige og moralske spørsmål.
De berømte misjonærbrødrene Methodios og Kyrillos (Konstantinos - en elev av Fotios) ble i 860 sendt av østkeiseren for å diskutere trosspørsmål med khazarenes khan. Våren 863 begynte de sitt misjonsarbeid i Morava (Mähren). Nikolas innkalte dem til Roma i 867, etter at han og de frankiske fyrstene var blitt mistenksomme da de hørte om den bysantinske kirkens fremgang i Morava og Pannonia, der brødrene nå arbeidet. Hos Nikolas fikk de tillatelse til å bruke slavisk som gudstjenestespråk. Konstantinos ble viet til prest og fikk navnet Kyrillos, men han døde i 869. Etter at Nikolas mottok dem, ble de sett på med mistro i Bysants. Patriark Fotios var indignert og fordømte den latinske intervensjonen overfor patriarkene i øst.
Striden gikk så langt at keiser Mikael III innkalte en synode i august/september 867. Vestkirken ble bebreidet for avvik på det disiplinære området , for eksempel fordi de stilte seg negativ til presters ekteskap og familieliv, brukte usyret brød i stedet for surt brød ved nattverden, tillot instrumental musikk ved gudstjenesten og praktiserte lørdagsfaste. På grunn av innføringen av Filioque i trosbekjennelsen, anklaget østkirken pave Nikolas for forfalskning av troen og kjetteri, og de avsatte og ekskommuniserte ham.
Men denne nyheten nådde ikke Roma før Nikolas var død. Han fikk heller ikke vite at hans stolte og seiersbevisste motstander Fotios ble trukket inn i Basileios I Makedonerens kupp mot keiser Mikael III i 867, og forvist til et kloster. Ignatios ble gjeninnsatt som patriark. Men dommen Nikolas hadde felt over Fotios, og den Fotios hadde felt over ham, bidro uunngåelig til splittelsen mellom øst og vest.
Krigeren Basileios var fra Makedonia, men var av armensk opprinnelse. Han var hentet til hoffet i Konstantinopel av Bardas. Men han innyndet seg hos den labile keiseren, og i 866 utnevnte Mikael ham til medregent. Da lot Basileios Bardas myrde, og året etter lot han den eldre keiseren lide den samme skjebnen.
Den nye herskerslekten, det makedonske dynasti, skulle få en lang levetid (867-1056). Under den opplevde det bysantinske riket sitt høydepunkt.
Nikolas fikk omfattende bistand både i sin politikk og sin korrespondanse fra 863 av sin dyktige sekretær, Anastasius Bibliothecarius, den vanærede motpaven som han hadde rehabilitert, men ansvaret forblir pave Nikolas'.
Nikolas hadde vist seg som en fremragende pave, og var over alt respektert av sine samtidige. Han var i stand til å slå selv de mektigste fyrster og prelater med ærefrykt. Gjennom hans arbeid ble pavedømmet for en tid anerkjent som den øverste autoritet i tomrommet som var skapt i vest av den stadige oppsmuldring av den keiserlige makt siden imperiets deling ved avtalen i Verdun i 843. Hans overlegne krav på å overprøve metropolitters avgjørelse foregrep doktrinen om det pavelige teokrati.
Nikolas oppmuntret den hellige Ansgar og hans etterfølger Rembert i deres aktivitet blant skandinavene. Hamburg og Bremen ble forent til et stift i 864 og ble erkebispedømme. Nikolas fordømte torturen av tyver og røvere som en «forbrytelse mot menneskeligheten».
Nikolas I hadde lenge vært alvorlig syk, og han døde den 13. november 867. Hans grav er ukjent. Kort etter rådet hans etterfølger Hadrian II biskopene som var til stede på synoden i Troyes den 8. mai 868, å inkludere Nikolas' navn i messens bønner. Men han ble ikke tatt inn i Martyrologium Romanum før i 1630. Hans minnedag er 13. november.