Elle fait des débuts remarqués, au cinéma, dans le film dramatique American Violet (2008) et confirme cette percée avec les longs métrages My Last Day Without You (2011), Shame (2011) et 42 (2013), puis, en tenant l'un des premiers rôles de la série fantastique Sleepy Hollow (2013-2016) qui l'a fait connaître du grand public.
Elle a commencé sa carrière cinématographique en 2008 avec le film dramatique indépendant American Violet[4], dans lequel elle joue le rôle principal aux côtés d'Alfre Woodard, Tim Blake Nelson et Will Patton. Des débuts remarqués puisque la profession salue son interprétation[5]. La même année, elle joue un second rôle dans le drame The Express avec l'acteur Rob Brown.
Entre 2010 et 2011, elle joue dans la pièce dramatique de Broadway, A Free Man of Color du dramaturge John Guare[6]. Avant cela, elle est l'une des têtes d'affiche du téléfilm dramatique Il suffit d'un premier pas avec la chanteuse Jill Scott.
Entre-temps, elle joue dans deux épisodes de l'acclamée série The Good Wife. Il s'ensuit le premier rôle du thriller à petit budget[8]Apartment 4E et une intervention dans un épisode de New York, unité spéciale. Elle seconde aussi Lance Gross dans le drame sportif The Last Fall et participe au drame, Woman Thoul Art Loosed: On the 7th Day aux côtés de Blair Underwood et Sharon Leal, un échec critique[9].
Sleepy Hollow et révélation
En 2013, elle décroche le rôle principal d'Abbie Mills dans la série téléviséeaméricainefantastiqueSleepy Hollow, créée par la Fox. Cette version moderne de La Légende de Sleepy Hollow, permet à l'actrice de se faire connaître du grand public[10]. Son interprétation y est d’ailleurs saluée et lui vaut quelques citations lors de cérémonies de remises de prix[11].
En 2015, dans le cadre d'un crossover spécial Halloween, Nicole Beharie reprend son rôle d'Abbie pour un épisode de la série policière Bones[10].
L'année d'après, elle fait part aux scénaristes de son envie de quitter Sleepy Hollow. Dans un premier temps hésitante, l'actrice étant au cœur de la série, la production respecte finalement la décision de Beharie et se sépare de son personnage à l'issue de la troisième saison[14]. La série sera finalement renouvelée pour une quatrième mais dernière saison, victime d'une forte érosion des audiences[15].
Cinéma indépendant et télévision
Libérée de cet engagement, elle s'éloigne un temps des plateaux de télévision au profit du cinéma : En 2018, sort le film dramatique salué par la critique, Monsters and Men dans lequel elle occupe l'un des premiers rôles[16].