Né le 8 avril 1977, à Bordeaux, Nicolas Mayer-Rossignol grandit au Mali, où sa mère est enseignante. Après des études supérieures en France et aux États-Unis, où il valide un Master en génomique et une agrégation en sciences de la vie et de la Terre, cet ingénieur des Mines obtient, en 2003, un poste administratif à la Commission européenne. Il est charge de la gestion secteur des produits pharmaceutiques jusqu’à 2008, date à laquelle il se rapproche de Laurent Fabius.
Militant pour Attac, une organisation altermondialiste, cet adhérant au PS est embauché par l’ancien Premier ministre à l’agglomération de Rouen. Élu conseiller régional de Haute-Normandie en 2010, il le suit au Quai d’Orsay, en qualité de conseiller chargé du Développement, des Affaires économiques, du G20 et des Entreprises, lorsque l’ancien président de l’Assemblée nationale est nommé aux Affaires étrangères. Sa collaboration cesse en 2013, après son élection à la présidence du conseil régional de Haute-Normandie, après le départ inattendu du socialiste Alain Le Vern. À 36 ans, il est alors le plus jeune président de région. En 2015, battu aux élections régionales, il prend la tête du groupe socialiste du conseil régional de Normandie. Cinq ans plus tard, en 2020, il devient élu maire de Rouen, puis président de la Métropole Rouen Normandie.