Nestor Almendros suit des études à l'Institute of Film Techniques du New York City College, puis s'inscrit au Centro sperimentale de cinematografia de Rome en 1956.
Alors qu'il vit toujours à Cuba, Nestor Almendros réalise ses premiers courts-métrages, dont Una confusion contidiana (1950), coréalisé avec Tomas Gutierrez Alea. En 1959, il profite d'un séjour à New York pour réaliser 58-59 qui raconte une nuit de Saint-Sylvestre à Times Square. De retour à La Havane, il réalise Escuela rural (1960), Gente en la playa et La tumba francesca tous deux en 1961. Déçu par la révolution castriste, il vient s'installer en France où il rencontre les réalisateurs de la nouvelle vague. En 1966, il dirige la photographie de La collectionneuse d'Eric Rohmer, premier film français auquel il collabore. Les deux hommes travaillent ensemble à de nombreuses reprises, notamment sur Ma nuit chez Maud (1969), où Nestor Almendros utilise le noir et blanc de façon admirable, sur Le genou de Claire (1970), où il s'inspire des toiles de Paul Gauguin pour composer sa lumière, et sur La marquise d'O (1975), où son style reprend celui des peintures du XVIIIe siècle. Son génie pour créer une ambiance et mettre en avant les acteurs par rapport aux décors pousse François Truffaut à faire appel à lui pour réaliser ses films en noir et blanc. Ils commencent leur collaboration avec L'enfant sauvage (1969), film en noir et blanc, et la poursuivent avec huit autres films, dont Le dernier métro (1980), La chambre verte (1977) et Vivement dimanche (1982), autre film en noir et blanc. Avec Barbet Schroeder, Nestor Almendros s'adonne au documentaire en salle (Général Idi Amin Dada, 1974 ; Koko, le singe qui parle, 1977), en plus de films comme More (1969) ou Maîtresse (1975). En 1977, il coopère avec Roberto Rossellini pour réaliser un documentaire sur l'art contemporain, Centre Georges Pompidou, Beaubourg. Nestor Almendros connaît également le succès avec des réalisateurs américains. Il dirige la photographie des Moissons du ciel (1978) de Terence Malick, pour lequel il obtient un Oscar. Il est également remarqué pour Le choix de Sophie (1982) d'Alan J. Pakula et pour Kramer contre Kramer (1979) de Robert Benton, avec lequel il travaille sur cinq autres films, et notamment sur son dernier film, Billy Bathgate (1991). Nestor Almendros demeure inoubliable pour la contribution artistique qu'il a apportée au cinéma. Il est l'éternel chef-opérateur des tournages en lumière naturelle, de l'éclairage discret en studio et de certains des plus beaux films de la Nouvelle Vague.
De 1965 à 1969, Nestor Almendros commence par effectuer la photographie pour des téléfilms scolaires (Jardin public, La gare, La journée d'un savant, La journée d'un médecin, La journée d'un journaliste, etc.).
Il est l'auteur d'Un homme à la caméra (1980) où il évoque sa passion du septième art.
Courts métrages 1950 | Una confusion cotidiana | Nestor Almendros, Tomás Gutiérrez Alea |
| 1968 | [Retour d'Henri Langlois à Chaillot] | Bernard Eisenschitz, Nestor Almendros |
| 1969 | Confusion = El Baston | Nestor Almendros |
| 1959 | Construcciones rurales | Humberto Arenal |
| 1960 | Agua (El) | Manuel Octavio Gómez |
| 1960 | Asamblea general | Tomás Gutiérrez Alea |
| 1960 | Cooperativas agropecurias | Fausto Canel |
| 1960 | Tabaco (El) | Humberto Arenal |
| 1961 | Carnet de viaje Carnet de voyage | Joris Ivens |
| 1964 | Nadja à Paris | Eric Rohmer |
| 1966 | Mauvaises fréquentations : Le Père Noël a les yeux bleus (Les) | Jean Eustache |
| 1966 | Une étudiante d'aujourd'hui | Eric Rohmer |
| 1971 | Cochon aux patates douces (Le) | Barbet Schroeder |
| 1971 | Maquillages | Barbet Schroeder |
| 1971 | Repas rituel (Le) | Barbet Schroeder |
| 1971 | Sing-Sing | Barbet Schroeder |
| 1977 | Beaubourg, centre d'art et de culture Georges Pompidou | Roberto Rossellini |
| 1990 | Made in Milan | Martin Scorsese |
Longs métrages| 1961 | Escuela rural | Nestor Almendros |
| 1961 | Gentes en la playa | Nestor Almendros |
| 1961 | Ritmos de Cuba | Nestor Almendros |
| 1961 | Tumba Francesa (La) | Nestor Almendros |
| 1983 | Mauvaise conduite | Nestor Almendros, Orlando Jimenez Leal |
| 1988 | Nadie escucha Personne ne voulait entendre | Nestor Almendros, Jorge Ulla |
| 1961 | Tumba Francesa (La) | Nestor Almendros |
| 1983 | Mauvaise conduite | Nestor Almendros, Orlando Jimenez Leal |
| 1961 | Tumba Francesa (La) | Nestor Almendros |
| 1964 | Paris vu par : Place de l'Etoile | Eric Rohmer |
| 1964 | Paris vu par : Saint-Germain-des-Prés | Jean Douchet |
| 1966 | Collectionneuse (La) | Eric Rohmer |
| 1967 | Wild Racers | Daniel Haller |
| 1969 | Des bleuets dans la tête | Gérard Brach |
| 1969 | Enfant sauvage (L') | François Truffaut |
| 1969 | Gun Runner | Richard Compton |
| 1969 | Ma nuit chez Maud | Eric Rohmer |
| 1969 | More | Barbet Schroeder |
| 1970 | Domicile conjugal | François Truffaut |
| 1970 | Genou de Claire (Le) | Eric Rohmer |
| 1971 | Deux Anglaises et le continent (Les) | François Truffaut |
| 1971 | Vallée (La) | Barbet Schroeder |
| 1972 | Amour l'après-midi (L') | Eric Rohmer |
| 1972 | Poil de carotte | Henri Graziani |
| 1973 | Femmes au soleil | Liliane Dreyfus |
| 1973 | Général Idi Amin Dada | Barbet Schroeder |
| 1973 | Gueule ouverte (La) | Maurice Pialat |
| 1973 | Oiseau rare (L') | Jean-Claude Brialy |
| 1974 | Cock Fighter | Monte Hellman |
| 1974 | Mes petites amoureuses | Jean Eustache |
| 1975 | Gentleman Tramp (The) Charlot, le gentleman vagabond | Richard Patterson |
| 1975 | Histoire d'Adèle H. (L') | François Truffaut |
| 1975 | Maîtresse | Barbet Schroeder |
| 1975 | Marquise von O... (Die) La Marquise d'O... | Eric Rohmer |
| 1976 | Cambio de sexo | Vicente Aranda |
| 1976 | Des journées entières dans les arbres | Marguerite Duras |
| 1976 | Homme qui aimait les femmes (L') | François Truffaut |
| 1977 | Chambre verte (La) | François Truffaut |
| 1977 | Koko, le gorille qui parle | Barbet Schroeder |
| 1977 | Vie devant soi (La) | Moshé Mizrahi |
| 1978 | Amour en fuite (L') | François Truffaut |
| 1978 | Days of Heaven Les Moissons du ciel | Terrence Malick |
| 1978 | Goin' South En route vers le sud | Jack Nicholson |
| 1978 | Perceval le Gallois | Eric Rohmer |
| 1979 | Kramer vs Kramer Kramer contre Kramer | Robert Benton |
| 1980 | Blue Lagoon (The) Le Lagon bleu | Randal Kleiser |
| 1980 | Dernier métro (Le) | François Truffaut |
| 1982 | Pauline à la plage | Eric Rohmer |
| 1982 | Sophie's Choice Le Choix de Sophie | Alan J. Pakula |
| 1982 | Still of the Night La Mort aux enchères | Robert Benton |
| 1982 | Vivement dimanche ! | François Truffaut |
| 1984 | Places in the Heart Les Saisons du coeur | Robert Benton |
| 1985 | Heartburn La Brûlure | Mike Nichols |
| 1986 | Nadine | Robert Benton |
| 1988 | Imagine : John Lennon | Andrew Solt |
| 1988 | New York Stories : Life Lessons New York Stories : Apprentissage | Martin Scorsese |
| 1991 | Billy Bathgate | Robert Benton |
| 1973 | Villa "Les Dunes" | Madeleine Hartmann-Clausset |
| 1979 | Monique = New York After Midnight | Jacques Scandelari |
| 1992 | Visions of Light | Arnold Glassman, Todd McCarthy |