Johnson nació en Columbus, Georgia. Comenzó su carrera como periodista, escribiendo en el Columbus Enquirer Sun, el Savannah Press, el Brooklyn Daily Eagle y el New York Herald Tribune. Poco después, escribiría cuentos cortos que serían recopilados y publicados bajo el título There Ought To Be a Law (1930). El primer contacto con el cine de Johnson llegaría con la compra de los derechos de uno de sus cuentos y que sería llevado a la pantalla en 1927. En 1932, Johnson pidió a su editor poder escribir la crítica cinematográfica. Ante la negativa de este, Johnson se trasladó a Hollywood para trabajar directamente en la industria del cine.

Johnson pronto encontraría trabajo como guionista y obtuvo un contrato de la 20th Century-Fox en 1935. En 1943, cofundaría la International Pictures junto a William Goetz, dedicándose a la producción. En la década de los 50, experimentaría con la dirección con títulos como Decisión a medianoche, El hombre del traje gris o Las tres caras de Eva.

Johnson fue nominado a los premios Óscar como mejor guion por Las uvas de la ira y conseguiría el premio al mejor director de la Directors Guild of America en 1956 por El hombre del traje gris.

Johnson se casó tres veces, con Marion Byrnes, Alice Mason y Dorris Bowdon. Su matrimonio con Bowdon duró desde 1939 hasta su muerte y, fruto de él, nacieron tres hijos. Su hija, Marjorie Fowler, fue montadora de cine y su nieto, Jack Johnson, es actor.

Johnson murió de neumonía en Hollywood en 1977 y está enterrado en el cementerio Westwood Village Memorial Park en Los Ángeles.

Como director:

• Decisión a medianoche (Night People) (1954)
• Viuda Negra (Black Widow) (1954)
• El hombre del traje gris (The Man in the Gray Flannel Suit)(1956)
• Las tres caras de Eva (The Three Faces of Eve) (1957)
• El ángel vestido de rojo (The Angel Wore Red) (1960)

Como productor:

• Casanova Brown (1944), de Sam Wood.
• La mujer del cuadro (The Woman in the Window) (1944), de Fritz Lang.
• A través del espejo (The Dark Mirror) (1946), de Robert Siodmak.
• El senador fue indiscreto (The Senator Was Indiscreet) (1947), de George S. Kaufman.
• Domador de sirenas (Mr. Peabody and the Mermaid) (1948), de Irving Pichel.
• Si ella lo supiera (Everybody Does It) (1949), de Edmund Goulding.
• The Mudlark (1950), de Jean Negulesco.
• El pistolero (The Gunfighter) (1950), de Henry King.
• Regresaron tres (Three Came Home) (1950), de Jean Negulesco.
• Rommel: el zorro del desierto (The Desert Fox: The Story of Rommel, 1951), de Henry Hathaway.
• Mi prima Raquel (My Cousin Rachel) (1952), de Henry Koster.
• Cómo casarse con un millonario (How to Marry a Millionaire) (1953), de Jean Negulesco.
• Decisión a medianoche (Night People) (1954)
• Las tres caras de Eva (The Three Faces of Eve) (1957)

Como guionista:

• Prisionero del odio (The Prisoner of Shark Island) (1936), de John Ford.
• Tierra de audaces (Jesse James) (1939), de Henry King.
• Las uvas de la ira (The Grapes of Wrath) (1940), de John Ford.
• Casanova Brown (1944), de Sam Wood.
• Las llaves del reino (The Keys of the Kingdom) (1944), de John M. Stahl.
• La mujer del cuadro (The Woman in the Window) (1944), de Fritz Lang.
• El caballero del Oeste (Along Came Jones) (1945), de Stuart Heisler.
• A través del espejo (The Dark Mirror) (1946), de Robert Siodmak.
• Si ella lo supiera (Everybody Does It) (1949), de Edmund Goulding.
• The Mudlark (1950), de Jean Negulesco.
• Regresaron tres (Three Came Home) (1950), de Jean Negulesco.
• Rommel: el zorro del desierto (The Desert Fox: The Story of Rommel, 1951), de Henry Hathaway.
• Cuatro páginas de la vida (O. Henry’s Full House) (1952), de Henry Hathaway.
• Mi prima Raquel (My Cousin Rachel) (1952), de Henry Koster.
• Cómo casarse con un millonario (How to Marry a Millionaire) (1953), de Jean Negulesco.
• Decisión a medianoche (Night People) (1954)
• El hombre del traje gris (The Man in the Gray Flannel Suit)(1956)
• La verdadera historia de Jesse James (The True Story of Jesse James) (1957), de Nicholas Ray.
• El ángel vestido de rojo (The Angel Wore Red) (1960)
• Take Her, She's Mine (1963), de Henry Koster.
• Doce del patíbulo (The Dirty Dozen) (1967), de Robert Aldrich.

Premios Óscar

Festival Internacional de Cine de Cannes

Festival Internacional de Cine de Venecia

• Nunnally Johnson en Internet Movie Database (en inglés).
• Nunnally Johnson at Find-A-Grave