Никлаус Вирт родился 15 февраля 1934 года в Винтертуре, в предместье Цюриха (Швейцария), в семье Вальтера Вирта, школьного учителя, и Хедвиг Вирт, урождённой Келлер.
В детстве Никлаус Вирт увлекался авиамоделизмом и постройкой ракет, увлечение электроникой и системами программного управления началось с разработки устройств дистанционного управления для моделей.
В 1954 году поступил на факультет электроники Швейцарского федерального технологического института (ETH) в Цюрихе, где за четыре года получил степень бакалавра по электротехнике. Продолжил обучение в университете Лаваля (Квебек, Канада), в 1960 году получил степень магистра. Затем был приглашён в Калифорнийский университет в Беркли (США), где в 1963 году, под руководством профессора Гарри Хаски, защитил диссертацию, темой которой стал язык программирования Эйлер (англ. Euler) — расширение Алгола средствами языка Лисп.Диссертация Вирта была замечена сообществом разработчиков языков программирования, и в том же 1963 году он был приглашён в Комитет по стандартизации Алгола IFIP (Международной федерации информатики[en]), который разрабатывал новый стандарт языка Алгол, впоследствии ставший Алголом-68. Вместе с Чарльзом Хоаром Вирт отстаивал в комитете линию на разработку умеренно модифицированной версии Алгола, свободной от недостатков исходного языка и дополненной минимумом действительно необходимых средств. Вирт и Хоар представили комитету язык Алгол-W[en] (W — от Wirth), представлявший собой именно такую переработку Алгола, но поддержки не встретили. По завершении работы комитета в 1968 году Вирт вошёл в число тех, кто критиковал Алгол-68, говоря о его недостаточной надёжности и чрезвычайной избыточности. Параллельно, с 1963 по 1967 годы Вирт работал ассистентом в Стэнфордском университете (США). Вместе с Джимом Уэльсом разработал и реализовал язык PL/360[en], предназначенный для программирования на платформе IBM/360 — алголоподобный язык, в который был введён ряд системно-зависимых возможностей, связанных с архитектурой IBM/360.
В 1967 году вернулся в звании доцента в Цюрихский университет, в 1968 году получил в ETH звание профессора компьютерных наук.
В течение 31 года работал в ETH. Много занимался организационной деятельностью, совершенствуя систему обучения своего университета.
В 1970 году создал язык программирования Паскаль.
В 1970-х годах разработал, вместе с Хоаром и Дейкстрой технологию структурного программирования. Вышедшая в 1971 году статья Вирта «Разработка программы методом пошагового уточнения» описала и обосновала ставшую впоследствии классической методологию разработки программного обеспечения «сверху вниз» . Для переноса Паскаль-системы на различные вычислительные платформы в 1973 году с участием Вирта был разработан прототип виртуальной машины, исполняющей на любой платформе промежуточный «пи-код» , в который предполагалось компилировать все программы.
В 1975 году разработал язык Модула, в котором реализовал идеи разработки модульных программ с хорошо определёнными межмодульными интерфейсами и параллельного программирования. Кроме того, в Модуле был изменён синтаксис языка — Вирт избавился от унаследованной ещё от Алгола-60 необходимости применять составные операторы в конструкциях ветвления и циклах. Модула не была широко известна и имела всего одну экспериментальную реализацию, но её доработанная версия — Модула-2, разработка которой началась в 1977 и закончилась в 1980 году, предназначенная для реализации системного ПО разрабатываемой в ETH системы Лилит (англ. Lilith) — 16-разрядного персонального компьютера, стала известна и довольно популярна, хотя и не превзошла по популярности Паскаль, особенно его коммерческие реализации. Система Lilith обогнала тенденции компьютерной индустрии на несколько лет, позднее Вирт с сожалением говорил, что, не реализовав потенциал этой системы, швейцарская компьютерная индустрия упустила свой исторический шанс. Развитием Модулы-2 стал язык Модула-3, разработанный совместно фирмами DEC и Olivetti; в его создании Вирт участия не принимал.Во второй половине 1970-х Вирт участвовал в конкурсе министерства обороны США на разработку нового языка для программирования встроенных систем, в результате которого был создан язык Ада. Повторилась история с Алголом-68 — проект группы, в которой работали Вирт и Хоар, не был одобрен комитетом по языку.
В итоге конкурс выиграл проект, основанный на Паскале, но гораздо более сложный и объёмный.
С 1982 по 1984 и с 1988 по 1990 годы Вирт возглавлял факультет компьютерных наук ETH, с 1990 года — Институт компьютерных систем при ETH.
В 1988 году в содружестве с Юргом Гуткнехтом (нем. Jurg Gutknecht) Вирт разработал язык программирования Оберон. Целью разработки было создание языка для реализации системного ПО проектируемой новой рабочей станции. Основой для Оберона стала Модула-2, которую существенно упростили, но при этом дополнили новыми возможностями.
В 1992 году Вирт и Мёссенбёк (нем. Hanspeter Mossenbock) выпустили сообщение о новом языке программирования — Оберон-2, — минимально расширенной версии Оберона.
В этом же году была образована дочерняя компания ETH — Oberon microsystems, которая занялась разработкой систем Оберон. Вирт стал одним из членов её совета директоров.
В 1999 году эта компания выпустила следующую версию Оберона — Компонентный Паскаль, более приспособленную для компонентного программирования.
В 1996 году Вирт разработал ещё один оригинальный язык программирования — Lola[en], простой обучающий язык для формального описания и симуляции цифровых электрических схем.1 апреля 1999 года Вирт вышел на пенсию, достигнув предельного для государственного служащего в Швейцарии возраста 65 лет (ETH — государственный ВУЗ, его работники являются госслужащими и их работа подчиняется соответствующему законодательству).19 июня 2007 года Вирту было присуждена ученая степень почётного доктора Российской академии наук. Инициатором представления был российский учёный в области информатики Игорь Шагаев[источник не указан 613 дней], профессор Лондонского Университета Метрополитен, которого с Никлаусом Виртом связывает совместная работа в 2005—2008 годах над европейским проектом ONBASS.Член национальных академий: Swiss Academy of Engineering (Швейцария), U. S. Academy of Engineering (США), Berlin-Brandenburg Academy (Германия).