Николаи родился 18 сентября 1965 года в Карл-Маркс-Штадте, ГДР (Karl-Marx-Stadt, East Germany), который в апреле 1990, незадол го до объединения Западной и Восточной Германии обрел свое старинное название Хемниц (Chemnitz). Интерес Карстена к экспериментам со звуком и изучению его физических свойств мог быть вызван навязчивой идеей, преследовавшей его с детства – когда он был ребенком, его очень интересовали летучие мыши, и в детстве мальчик думал, что сможет с ними общаться. После окончания школы Николаи изучал архитектуру и ландшафтный дизайн в Дрездене (Dresden) и примерно в это же время занялся изучением теоретических свойств звука и пространства. В начале 90-х он переселился в Берлин (Berlin) и основал экспериментальный звукозаписывающий лейбл 'Noton' в качестве платформы для своего концептуального и экспериментального музыкального предприятия. В 1996 году лейбл превратился в 'Raster-Noton', на котором музыкант записал большинство своих и совме стных альбомов. В том же году вышел дебютный альбом музыканта 'Spin', а вскоре, вслед за вторым сольным проектом 'Infinity' (1997), появились первые проекты в сотрудничестве с другими электронными музыкантами, 'Mikro Makro' и 'Waves and Lines'. Николаи преобразует звук с помощью осцилляторов и генераторов звука. Он не использует секвенсоры, но редактирует свои работы, чтобы придать композициям ритмическую структуру. Он часто берет за образец звуки, которые издают электронные средства передачи информации, такие как звуки факсов, модемов, телефонов. Недавно Николаи написал оперу 'Sparkie: Cage and Beyond' в соавторстве с Майклом Найманом.
Работая как художник, Николаи визуализирует звук, используя принципы кинематики. Его работы – это слияние звука, живописи и скульптуры, которое реализовано в инсталляциях, а музыка Николаи
занимает важное место в его творчестве. Работы художника демонстрируются в самых престижных музеях и выставочных залах мира, среди которых Нью-йоркский музей Соломона Гуггенхайма (Solomon R. Guggenheim Museum), обладающий одним из лучших в мире собранием предметов современного искусства; Музей современного искусства Сан-Франциско (San Francisco Museum of Modern Art); Оксфордский музей современного искусства (Oxford Museum of Modern Art); музей NTT в Токио (Tokyo); лондонский музей Тейт Модерн (Tate Modern) и Венецианская биеннале в Италии (Venice Biennale, Italy). Как владелец и основатель лейбла 'Raster-Noton', Николаи отвечал за выпуск серии CD '20 to 2000', получившей премию 'Золотая Ника' (Golden Nica prize) на вручении 'Prix Ars Electronica' в 2000 году.
Сегодня Николаи делит свое время между Хемницем и Берлином.