Nixon nació en Nueva York, Estados Unidos. Sus padres son Anne Elizabeth Knoll, una actriz originaria de Chicago, Illinois,^[7]​ y Walter E. Nixon, un periodista de radio de Texas.^[8]​ Ella atribuye a su madre el mérito de haberla "adoctrinado" en el teatro. Es de ascendencia inglesa y alemana.^[9]​^[10]​ Sus abuelos fueron Adolph Knoll, Etta Elizabeth Williams, Walter E. Nixon y Grace Truman McCormack.^[11]​^[12]​^[13]​ Los padres de Nixon se divorciaron cuando ella tenía seis años.^[14]​ Según Nixon, su padre era a menudo desempleado y su madre era el principal sostén de la familia.^[14]​

Se graduó de la Hunter College donde estaba en un grupo de teatro y a menudo se tomaba tiempo fuera de la escuela para actuar en películas;^[15]​ y también asistió a la Barnard College donde se graduó en Literatura Inglesa.^[16]​ En la primavera de 1986, estudió en el extranjero gracias a una beca de Semester at Sea.^[17]​

Nixon empezó su carrera a los doce años de edad en la comedia Faldas revoltosas, para aparecer posteriormente en las películas El príncipe de la ciudad; Amadeus; O.C. and Stiggs; Juguete mortal; A rienda suelta; La familia Addams 2: la tradición continúa; El informe Pelícano; Cuidado: ¡bebé suelto!, bajo la dirección de John Hughes; Marvin's Room; Perdidos en Nueva York; Igby Goes Down; y Advice from a Caterpillar, basada en la obra de Douglas Carter Beane.

En televisión, Nixon tuvo su primer papel profesional en un "Afterschool Special" de la ABC: Seven Wishes of a Rich Kid. Desde entonces ha intervenido en Private History of a Campaign That Failed, de Mark Twain, para la PBS; en Fifht of July, de Lanford Wilson; y en Women and Wallace (estas dos últimas para American Playhouse).

Nixon intervino en el telefilme Alma de Navidad. Ha protagonizado Face of a Stranger y The Love She Sought. Cuando Nixon y Sarah Jessica Parker tenían respectivamente, trece y catorce años de edad, interpretaron a las hijas de Vanessa Redgrave en My Body, My Child, sobre el derecho de una mujer a ejercer el aborto.

Nixon es miembro de los Socialistas Democráticos de América. Nixon ha defendido durante mucho tiempo la educación pública. Es portavoz de la Alianza para la Educación de Calidad de Nueva York, una organización que defiende la equidad en la educación pública.^[3]​^[18]​^[19]​ Además, es defensora de causas a favor de la salud de la mujer.^[3]​ También, ha sido una defensora de los derechos LGBT en los Estados Unidos, particularmente el derecho al matrimonio entre personas del mismo sexo.^[3]​^[20]​ Conoció a su esposa en una manifestación por los derechos de los homosexuales en 2002 y anunció su compromiso en una manifestación por el matrimonio entre personas del mismo sexo en Nueva York en 2009.^[5]​ Recibió el premio Artista por la Igualdad de la Universidad de Yale en 2013^[21]​ y un Premio a la Visibilidad de la Campaña de Derechos Humanos en 2018.^[22]​

En 2023, Nixon firmó una carta abierta en la que expresaba "serias preocupaciones sobre el sesgo editorial" en los informes del New York Times sobre las personas transgénero. La carta describió la cobertura del periódico como una mezcla inquietantemente familiar de pseudociencia y lenguaje eufemístico y cargado de contenido, y planteó inquietudes sobre las prácticas de empleo del periódico con respecto a los colaboradores trans.^[23]​^[24]​^[25]​

El 19 de marzo de 2018 Nixon anunció su candidatura para gobernadora del Estado de Nueva York.^[26]​ Perdió en las primarias demócratas ante Andrew Cuomo el 13 de septiembre de 2018, con el 34% de los votos contra su 66%.^[27]​ Nixon fue nominada como candidata a gobernadora por el Partido de las Familias Trabajadoras,^[28]​ el Partido dio su apoyo a Cuomo después de que Nixon perdiera en las primarias demócratas.^[29]​^[30]​

Nixon ha recibido numerosos premios, entre ellos dos Premios Primetime Emmy, un Premio Grammy, dos Premios del Sindicato de Actores y dos Premios Tony. También ha recibido varias distinciones, como el Premio Muse, otorgado por la Asociación de Mujeres en Cine y Televisión de Nueva York en 2008, el Premio Vito Russo, otorgado por los Premios GLAAD Media en 2010, el Premio Artista por la Igualdad de la Universidad de Yale en 2013,^[32]​ y el Premio Conmemorativo Faith Hubley del Festival Internacional de Cine de Provincetown en 2016.^[33]​

• Cynthia Nixon en Internet Movie Database (en inglés).