studiował kompozycję w Duńskiej Królewskiej Akademii Muzyki, jego nauczycielami byli Bent Sørensen, Hans Abrahamsen, Niels Rosing-Schow i Hans Peter Stubbe Teglbjærg; studiował także w Hochschule für Musik und Darstellende Kunst w Grazu u Beata Furrera. Jego głównym obszarem zainteresowania jest muzyka akustyczna, często z użyciem środków elektroakustycznych, jak choćby w Emphatische Ellipse, II Kwartecie smyczkowym lub w utworze Du hast gesagt. Muzyczny język Worsaae uważany jest za ekspresyjny i bardzo bezpośredni. Kontrasty oraz energiczne różnicowanie są ważnymi czynnikami budowy struktury oraz w relacji między rozwojem i powtórzeniem. Ideę muzyki konkretnej kompozytor przenosi do muzyki na klasyczne instrumenty z ich specyficznymi właściwościami dźwiękowymi i fizycznymi ograniczeniami. Technika ta widoczna jest zwłaszcza w orkiestrowych utworach Zugendlos i Emphatische Ellipse, których najważniejsza inspiracją były konkretne zjawiska dźwiękowe. Konsekwencją tego podejścia jest rosnące zainteresowanie twórcy rozmaitymi rodzajami szumów, widoczne w utworach Gesang durch eine Mauer oraz w II Kwartecie smyczkowym. Skupienie na kwestii wykonania widać natomiast w ostatnich utworach Worsaae, jak Et frappe i Du hast gesagt, gdzie muzycy są także częścią dokładnie zaplanowanej gry scenicznej.
Utwory Nicolaia Worsaae wykonywane były przez wiele duńskich i zagranicznych zespołów, jak Ensemble intercontemporain, ensemble recherche, Kwartet Arditti, London Sinfonietta, Oslo Sinfonietta, Athelas Sinfonietta, Stockholm Curious Chamber Players, Orkiestra Opery w Gothenburgu, Ensemble Figura, Ars Nova Malmö, Scenatet i inne.
Nicolai Worsaae jest członkiem Związku Kompozytorów Duńskich, jego utwory publikowane są przez Edition S. Jest on również, wraz z Simonem Løfflerem, Christianem Wintherem Christensenem i Regin Petersen, jednym z założycieli grupy kompozytorskiej Dygong, która łączy muzykę z innymi formami sztuki, dążąc do odnowienia klasycznej formuły koncertu poprzez włączenie elementów wizualnych. Grupa Dygong przedstawiała swoje dokonania m.in. na Nordic Music Days w Oslo (2009) i w Kopenhadze (2010), SPOR-Festival (2008), festiwalu Borealis w Bergen (2010), Athelas New Music Festival (2010), UNM Festival w Kopenhadze (2011) i Wundergrund Festival w Kopenhadze (2011).
Otrzymał wiele nagród, m.in. Duńskiego Związku Kompozytorów (2008), Fundacji Idella (2008), Duńskiej Rady Artystycznej (2010, 2011, 2012) i Fundacji Sonning (2010).

Ważniejsze utwory: Figurine na zespół (2002–03), Ancient Neon Rain na skrzypce, wiolonczelę i fortepian (2003), Image Obscure na zespół i elektronikę (2004–05), Quaint 4 Songs na sopran, skrzypce i fortepian (2005), I Kwartet smyczkowy „Brillance” (2006), Fastbreaks na zespół (2006), Im Baumgarten na sopran, tenor, bas i fortepian (2005–07), Zugendlos na orkiestrę (2007), Emphatische Ellipse na orkiestrę (2008), Gesang durch eine Mauer na sopran, skrzypce i fortepian (2008), II Kwartet smyczkowy (2009), Brutalized Beauty na zespół i elektronikę (2009–10), Schritte na organy (2010), Festpolonaise „Chorofob” na fortepian (2010), Conception I, II na skrzypce i kontrabas (2010), Du hast gesagt na głos i elektronikę do tekstu Manifestu partii komunistycznej Karola Marksa i Fryderyka Engelsa (2010), Medea Song na sopran, mezzosopran, baryton, bas, klarnet, perkusję i kontrabas (2010), Refugee na sopran i zespół (2011), Offertorium na trzech muzyków (2011), Wesenheit ab Wesenheit na sopran, perkusję, klarnet i kontrabas (2011), On Top of na wideo i elektronikę (2011), Upon your Body I am Crawling na akordeon (2012), Et Frappe na pianino i śpiewaka (2012), Gate na gitarę, akordeon, skrzypce, fortepian i kontrabas (2012), Kuro ton-neru na zespół i wideo (2013), Epilogus 1 „Organum” na fortepian i trio smyczkowe (2013), On Top of II na wideo i elektronikę (2013), Zwischen den beiden Kammern na zespół (2013), Eight and a Half Pint na orkiestrę (2013), Du hast gesagt vol. 2-3 na głos, elektronikę i kontrabas (2014), WaWV na sopran, klarnet, perkusję i kontrabas (2014).