Originaire de Villabate, dans la province de Palerme en Italie, Nicola Alaimo est encore adolescent lorsqu'il remporte le concours Di Stefano en 1997, interprétant Dandini dans La Cenerentola de Rossini. Étant issu d'une famille de célèbres musiciens, c'est son oncle Simone Alaimo et sa femme qui lui donneront ses premiers enseignements musicaux. En 2000, il est invité à chanter des petits rôles au Festival de Wexford en Irlande. Il chante en 2003 le rôle de Pharaon dans Moïse et Pharaon de Rossini pour ses premiers pas à la Scala. En 2004, La Fenice l’accueille en Figaro dans le Barbier de Séville, tandis que son rôle dans La Cenerentola le conduit à l'Opéra de Vienne. Il chante Falstaff à Pise en 2006, puis Severo dans Poliuto de Donizetti au Concertgebouw d'Amsterdam en 2007. 

L'année suivante, Riccardo Muti le choisit pour interpréter le rôle-titre de Don Pasquale de Donizetti au Festival de Ravenne (Italie) puis l'emmène en tournée en Europe et en Russie. Par la suite, il le fait venir au Teatro dell'Opera à Rome pour interpréter Pharaon dans Moïse et Pharaon de Rossini et pour Le mariage inattendu de Paisiello (où il joue le marquis de Tulipano). Il fait ses débuts aux États-Unis en 2009, sous la direction de James Levine. Il y campe un Paolo Albiani surprenant et touchant, dans Simon Boccanegra de Verdi. Cette même œuvre provoque ses débuts au Metropolitan de New-York en 2011. Au Theatro dell'Opera de Rome, il chante Giorgio Germont dans La Traviata de Verdi, dirigé Gianluigi Gelmetti.

Il fait sa première apparition à l'Opéra de Paris en 2011, jouant Fra Melitone dans La Force du Destin de Verdi, dirigé par Philippe Jordan. En 2013, il est le Docteur Dulcamara dans l'Elixir d'amour à l'Opéra de Munich. En 2015, il est invité au Théâtre des Champs-Élysées pour camper le rôle-titre de Guillaume Tell. Il est également Sir Riccardo Forth dans Les Puritains de Bellini à Turin. Il prend à Pesaro le rôle-titre du Turc en Italie de Rossini (Don Geronio) en 2016. La même année, le baryton se produit au Met en tant que Taddeo dans L'Italienne à Alger de Rossini et fait ses premiers pas à l'Opéra de Chicago en Sancho Pança dans Don Quichotte de Massenet. Il fait également ses débuts au ROH en 2017 grâce au rôle de Giorgio Germont dans La Traviata de Verdi. Il se rend par la suite à Monte-Carlo afin d'y chanter Le Comte de Luna dans Le Trouvère de Verdi. La même année, le Théâtre de Palerme lui offre le rôle de Michonet dans Adriana Lecouvreur de Cilea et l’Opéra de Flandre celui du rôle-titre de Simon Boccanegra. Le Théâtre communal de Bologne l’invite en 2018 à chanter Marcello dans La Bohème de Puccini, tandis que l’Opéra de Monte-Carlo lui fait débuter le rôle de Francesco dans Les Brigands de Verdi. Il chante également Ernesto dans Le Pirate de Bellini à la Scala. En 2019, il prend à Marseille le rôle-titre de Rigoletto, et retrouve La Cenerentola à l'Opéra des Pays-Bas, mais pour la première fois dans le rôle de Don Magnifico. 

En 2020/2021, Nicola Alaimo retrouvera le Docteur Dulcamara dans L'Elixir d'amour à l'Opéra de Vienne en septembre puis à Chicago en janvier avant Naples en juillet. Entre temps, il chantera Michonnet dans Adriana Lecouvreur à Florence en avril.