Nguyễn Kim Cách sinh năm 1956 tại thôn Phong Triều, xã Nam Phong, huyện Phú Xuyên, tỉnh Hà Tây. Ông nhập ngũ năm 1973 và tham gia trường Dự bị bay Bạch Mai.[3] Đến năm 1984 thì ông được cử đi đào tạo lái máy bay chiến đấu ở Liên Xô. Sau khi tốt nghiệp về nước, ông đảm nhiệm vị trí Chủ nhiệm Dẫn đường Trung đoàn 937, lúc này ông mang quân hàm Thiếu tá. Trong giai đoạn này ông lần lượt trải qua các vị trí Phi đội trưởng, Trung đoàn phó quân sự trong Trung đoàn bay, tiếp đó chuyển sang làm cán bộ chính trị Trung đoàn rồi Sư đoàn và sau đó lên Phó Chủ nhiệm rồi Chủ nhiệm Chính trị của Quân chủng Phòng không – Không quân.[4] Năm 2009, ông được thăng hàm Thiếu tướng và bổ nhiệm làm Phó Chính ủy Quân chủng Phòng không - Không quân.[5][6] Đến năm 2015, ông được thăng hàm Trung tướng và bổ nhiệm làm Phó Chủ nhiệm Ủy ban Kiểm tra Quân ủy Trung ương.[7][8]