Nicolas Pierre Loir est né à Paris en 1624, au sein d'une famille d'orfèvres.
Il fut d'abord l'élève de Sébastien Bourdon et de Simon Vouet , puis devint un disciple de Nicolas Poussin .
De 1647 à 1649 il séjourne en Italie. Il y découvre les œuvres de Nicolas Poussin (1594-1665), qui le frappent beaucoup. Il a peint tant d'œuvres inspirées du maître.
En 1650, il rentre à Paris et travaille pour la « Compagnie des Orfèvres », s'occupant de la cathédrale Notre-Dame . Parallèlement à des commandes de particuliers, il peint des retables et des tableaux de divers édifices religieux.
En 1663, il entre à l'Académie royale de peinture et de sculpture grâce au soutien de Charles Le Brun et du roi Louis XIV . Loir à l'Académie sera le premier professeur puis recteur. Cependant, il ne présente son "Texte d'acceptation" à l'Académie qu'en 1666, "Les Progrès de la Peinture et de Sculpture sous Louis XIV".
Loir travailla aussi pour la Manufacture des Gobelins , le château de Saint-Germain-en-Laye et aux Tuileries, où il réalisa de nombreux plafonds, aujourd'hui disparus, et à Versailles où il peignit sept tableaux pour l'appartement de la reine Marie-Thérèse d'Autriche (1638-1683) ; l'un d'eux est actuellement conservé au musée de Brou à Bourg-en-Bresse .
Nicolas Loir décède à Paris en 1679 à l'âge de 55 ans.