Estudió ingeniería mecánica en la Universidad Técnica de Múnich (Technische Universität München), donde terminaría doctorándose en 1907.
Al hacerlo abrió el camino de la formulación moderna de los fenómenos convectivos.
En honor a su trabajo se llama así al Número de Nusselt, usado en este campo.
Tras enseñar en Suiza y Alemania entre 1917 y 1925, fue nombrado catedrátco de Mecánica Teórica en Múnich.
Trabajó entonces en intercambiadores de calor hasta 1952, cuando fue sustituido por el también famoso en el campo Ernst Schmidt.