Nimoy se před kamerou poprvé objevil v roce 1951 a po sérii malých rolí se dostal ke své životní – postavě Spocka, napůl člověka a napůl Vulkánce, kterou hrál od pilotní epizody seriálu z roku 1965.

U seriálu vydržel až do jeho konce v roce 1969, poté si ale zahrál v navazujících celovečerních snímcích. Naposledy loni ve filmu Star Trek: Do temnoty. Za roli Spocka byl třikrát nominovaný na cenu Emmy.

Umělec se věnoval také divadelnímu herectví, psaní básní, fotografování a v 80. letech se začal více věnovat režii. I tam zůstal věrný vědecko-fantastické sérii – kromě jiných méně úspěšných snímků natočil filmy Star Trek III: Hledání Spocka a Star Trek IV: Cesta domů.