Née à Caracas dans une famille de musiciens, Nicole León débute le violon dans sa ville natale. À l'âge de huit ans, elle est admise à la Juilliard School de New York, où elle devient la plus jeune élève de Dorothy DeLay.
Elle se produit dans les salles les plus prestigieuses au monde, notamment le Carnegie Hall, le Royal Albert Hall, le Concertgebouw d'Amsterdam, le Musikverein de Vienne, la Philharmonie de l'Elbe à Hambourg, la Salle Cortot, la Salle Gaveau, et la Philharmonie de Paris.
Nicole intègre l'Orchestre de chambre de Paris en 2015, dont elle est membre permanent pendant deux saisons. Au sein de l'orchestre, elle se produit régulièrement au Théâtre des Champs-Élysées. Elle partage la scène avec des solistes tels que François Leleux, Lisa Batiashvili, Emmanuel Pahud, Antoine Tamestit et Daniel Hope. En 2017, elle participe à l'enregistrement de l'album Intuition avec Gautier Capuçon.
Depuis 2017, elle est régulièrement invitée à se produire avec l'Orchestre de Paris, sous la direction de chefs tels que Christoph Eschenbach, Herbert Blomstedt, Paavo Järvi, Esa-Pekka Salonen, Jaap van Zweden, Mikhaïl Pletnev, Lahav Shani et Semyon Bychkov, entre autres. En 2023, elle participe à la tournée européenne de l'orchestre sous la direction de Klaus Mäkelä.
La musique contemporaine occupe une place importante dans son parcours artistique. Nicole crée Fata Morgana II de Régis Campo au festival Les Solistes à Bagatelle, une œuvre qui lui est dédiée. Elle assure également la création européenne de la Sonate pour violon et piano Untranslatable d'Evan Fein, ainsi que la création mondiale de Diásporas pour quatuor à cordes de Paul Desenne.
Diplômée d'une licence et d'un master de la Juilliard School dans la classe d'Itzhak Perlman, Nicole est également titulaire du Diplôme d'Artiste Interprète du Conservatoire national supérieur de musique et de danse de Paris. Parmi les professeurs qui ont marqué son parcours figurent Orlando Faneite, Roland Daugareil, Christophe Poiget, Maurice Hasson et Virginie Robilliard.
Nicole vit à Paris avec son époux et leurs deux enfants. Elle joue sur un violon de Francis Kuttner, fabriqué à Crémone en 2011. Passionnée par l'enseignement, elle est professeure de violon au Conservatoire à Rayonnement Départemental Erik-Satie du Blanc-Mesnil et l'Apprenti Musicien.