Nicolaas Wijnberg werd geboren in de Amsterdamse Pijp, in een sociaal-democratisch milieu. Zijn vader Nicolaas sr. was een meestersteendrukker bij diverse drukkerijen, en druktie in die hoedanigheid tekeningen van kunstenaars als Piet van der Hem en Jan Sluijters. Hij was het die zijn zoon meenam naar het museum en hem kennis liet maken met de beeldende kunsten van zijn tijd.

Wijnberg volgde van 1933 tot 1935 de opleiding tot lithograaf aan de Grafische School te Amsterdam. Daarna werkte hij bij een reclamebureau, en volgde daarnaast van 1935 tot 1942 de avondopleiding Tekenen aan de Rijksacademie te Amsterdam.

Vanaf 1936 schildert Wijnberg. Als beeldend kunstenaar is hij autodidact en blijft hij het figuratieve in zijn vrije werk altijd trouw. Hoewel Wijnberg zelf veel belang hechtte aan zijn werk als beeldend kunstenaar, is hij vooral als decor- en kostuumontwerper bij het grote publiek bekend geworden. Zijn karateristieke, kleurrijke theateraffiches vormen daarbij een hoogtepunt.

Na onderduik in het laatste jaar van de Tweede wereldoorlog, richtte hij in 1945 samen met Hans Snoek en Hans van Norden het Scapino Ballet op, de eerste balletgroep voor de jeugd in Nederland. Wijnberg ontwerpt het affiche van de nieuwe groep, en ontwerpt het decor- en kostuumontwerp voor het ballet De gouden zwaan.

In 1946 volgen de eerste decorontwerpen voor Veel leven om niets voor de Stichting Amsterdamsch-Rotterdamsch Toneelgezelschap, gevolgd door ontwerpen voor De ontvoering uit het Serail van De Nederlandse Opera (1947).

In 1954 werkte hij voor het eerst samen met Ton Lutz bij het ontwerpen van de decors en kostuums voor Elektra bij de Nederlandse Comedie. Dit was het begin van een jarenlange samenwerking met Ton Lutz.

Wijnberg ontwierp in totaal, van 1945 tot 1986, decors, kostuums en/of affiches voor zo’n 155 voorstellingen van: Scapino Ballet, Stichting De Nederlandse Opera, Stichting Amsterdamsch-Rotterdamsch Tooneelgezelschap, Toneelgroep Comedia, Ballet der Lage Landen, Ballet van de Nederlandse Opera, De Haagsche Comedie, Nederlandse Comedie, Rotterdams Toneel, Stichting Nieuw Rotterdams Toneel, Holland Festival, De Nederlandse Operastichting, Zuidelijk Toneel Globe, Toneelgroep Theater, en Publiekstheater.

Nicolaas Wijnberg overleed op 87-jarige leeftijd in het Larense Rosa Spier Huis.