Mẹ của Nurse di chuyển từ London tới Norwich, Norfolk sống với họ hàng thân thuộc khi chờ ngày sinh của Nurse nhằm che giấu tình trạng có con ngoài hôn thú. Bà ngoại của ông đóng vai mẹ ông khi bà còn sống, còn mẹ ông đóng vai người chị gái của ông trong suốt cuộc đời còn lại của bà.[5][6]

Ông học tại trường Lyon Park ở Alperton và trường trung học Harrow. Ông đậu bằng cử nhân năm 1970 ở trường Đại học Birmingham và bằng tiến sĩ năm 1973 ở Trường Sinh học của Đại học East Anglia.[7] Nurse tiếp tục nghiên cứu sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Murdoch Mitchison thuộc Đại học Edinburgh trong vòng 6 năm (1973-1979).[8][9]

Đầu năm 1976, Nurse xác định được gien cdc2 trong nấm men[10][11] (Schizosaccharomyces pombe). Gien này kiểm soát sự tiến triển của chu kỳ tế bào từ pha G1 sang pha S và quá trình chuyển đổi từ pha G2 tới nguyên phân (mitosis). Năm 1987, Nurse xác định các gien tương đồng trong con người, Cdk1, là mã hóa cho một cyclin dependent kinase.[12]

Năm 1984, Nurse vào làm việc cho Imperial Cancer Research Fund[13]. Năm 1988 ông rời nơi này để đảm nhiệm chức giáo sư ở "Phân khoa vi sinh học" tại Đại học Oxford. Sau đó ông trở lại làm giám đốc nghiên cứu ở Quỹ nghiên cứu Ung thư Anh trong năm 1993, và năm 1996 ông được bổ nhiệm làm Tổng Giám đốc Quỹ này, (trở thành Trung tâm nghiên cứu Ung thư vương quốc Anh (Cancer Research UK) từ năm 2002).

Năm 2003, ông sang làm chủ tịch Đại học Rockefeller ở thành phố New York, nơi ông tiếp tục nghiên cứu về chu kỳ tế bào của phản ứng phân hạch nấm men. Ngày 15.7.2010 có tin loan báo Nurse được bổ nhiệm làm Giám đốc thứ nhất kiêm Giám đốc điều hành "Viện Francis Crick".[14] Ngày 1.1. 2011 Nurse chính thức đảm nhiệm các chức vụ nói trên.

Ngày 30.11.2010, Sir Paul Nurse kế vị Martin Rees làm chủ tịch Hội Hoàng gia Luân Đôn.