Nach seinem Studium ging Nolhac von 1882 bis 1885 an die École française de Rome. Er lehrte ab 1886 an der École pratique des hautes études. Ab 1887 arbeitete er am Museum Schloss Versailles, von 1892 bis 1920 als Konservator. Er habilitierte sich 1892 mit den beiden Thèses Pétrarque et l'Humanisme. D'après un essai de restitution de sa bibliothèque (Paris 1892, 2 Bde., 1907, 1965) und De Patrum et medii aevi scriptorum codicibus in Bibliotheca Petrarcae olim collectis (Paris 1892). 1922 wurde er in die Académie française gewählt.
Nolhac gab mit Léon Dorez die Reihe Bibliothèque littéraire de la Renaissance (1898–1908) heraus.
Henri Bédarida, Pierre de Nolhac, in: Revue des études italiennes 1936
Pierre de Nolhac, La Résurrection de Versailles. Souvenirs d'un conservateur 1887-1920, Paris 1937; hrsg. von Christophe Pincemaille, Paris 2002 (italienisch: Cortona 2007)
Pierre de Nolhac, Carnet inédit, 20 novembre 1891-28 octobre 1893, hrsg. von Gino Zucchelli, Bologna 1969–1970
Gino Zucchelli, Pierre de Nolhac et l'Italie. Contribution à l'histoire intellectuelle et morale de l'humaniste et du poète, Saigon 1971 (Thèse Paris 1970)
Carteggio Nolhac-Novati. Un'amicizia petrarchesca, hrsg. von Alberto Brambilla, Padua 1988 (Briefwechsel mit Francesco Novati)
Clara Allasia, Avec la meilleure fidelité de mon cœur. Lettere del civis aretinus Pierre de Nolhac a Vittorio Cian, in: Studi francesi 158, 2009, S. 280–297
Claire Salvy, Pierre de Nolhac 1859-1936, Polignac 2009