Ο Νίκος Θέμελης γεννήθηκε στην Αθήνα το 1947. Τελείωσε τη Γερμανική Σχολή Αθηνών και σπούδασε Νομικά στο Πανεπιστήμιο της Θεσσαλονίκης. Μετά τη στρατιωτική του θητεία συνέχισε τις σπουδές του στη Γερμανία, όπου έκανε το διδακτορικό του σε θέματα Ευρωπαϊκών Κοινοτήτων (1975).
Εργάστηκε στην Αγροτική Τράπεζα, στο Υπουργείο Οικονομικών και στη Νομική Υπηρεσία του Συμβουλίου Υπουργών στις Βρυξέλλες. Από το 1981 ταύτισε την επαγγελματική του καριέρα με την πολιτική, καθώς υπήρξε συνεργάτης επί σειρά ετών του πρώην πρωθυπουργού Κώστα Σημίτη· από το 1981,
