Né à Ambert (Puy-de-Dôme), le 15 décembre 1859.
Pierre de Nolhac fit ses études aux lycées de Rodez puis de Clermont-Ferrand. Ayant choisi la filière des lettres, il vint à Paris suivre les cours de la Sorbonne et de l’École des Hautes études, et soutint en 1892 une thèse sur Pétrarque et l’Humanisme.
Après un séjour à l’École française de Rome, il obtint en 1886 un poste à la Bibliothèque nationale et devint maître de conférence à l’École des Hautes études.
Entré comme conservateur adjoint au musée de Versailles en 1887, il fut nommé conservateur en titre dès 1892. Il devait le rester jusqu’en 1920, date à laquelle il prit la direction du musée Jacquemart-André.
Pierre de Nolhac, qui, parallèlement à ses activités de conservateur, enseigna à l’École du Louvre, a laissé une œuvre importante consacrée à l’histoire, et particulièrement à l’humanisme de la Renaissance d’une part, à Marie-Antoinette et à Versailles d’autre part. Citons notamment : Le Dernier amour de Ronsard, Le Canzoniere, autographe de Pétrarque, La Bibliothèque de Fulvio Orsini, Érasme en Italie, Les Études grecques de Pétrarque, Ronsard et l’Humanisme, La Reine Marie-Antoinette, Marie-Antoinette à Trianon, La Dauphine Marie-Antoinette, Le Musée de Versailles, Le Château de Versailles, La Création de Versailles, Louis XV et Marie Lecszinska, Louis XV et Madame de Pompadour, Madame de Pompadour et la politique, François Boucher, J.-H. Fragonard, Versailles sous Louis XIV, Versailles au XVIIIe siècle. En marge de son œuvre d’historien, ses poèmes ne sont pas négligeables.
Dans ses Souvenirs littéraires, Julien Benda trace de Pierre de Nolhac un portrait élogieux : « C’est une belle, droite et claire nature, un érudit, un grand humaniste de la Renaissance et qui garde derrière ses lunettes, un visage étonnamment jeune et souriant. Il sait, il sent et il comprend. Il comprend, il sent et il sait. Puis il exprime et il découvre. Je n’ai pas connu d’homme plus subtil, plus apte à discerner l’important du secondaire, le principal de l’accessoire, le chef entre ses compagnons, l’original entre ses copies, la pensée maîtresse entre ses transformations. C’est un ami de l’ordre, de la hiérarchie, de la mesure, de la nuance. Il dit plaisamment : “ Je suis un fanatique de la modération“ ».
Deux des tentatives de Pierre de Nolhac pour entrer à l’Académie française se soldèrent par un échec ; il fut battu, en 1907, par Henri Barboux au fauteuil Brunetière, et en 1911, par Henri de Régnier au fauteuil de Vogüé. C’est le 15 juin 1922 qu’il fut enfin élu au fauteuil d’Émile Boutroux. Il obtint 16 voix au second tour, contre 3 voix à Émile Picard, 3 voix au mathématicien Appell et 9 voix au Dr Charles Richet.
Pierre de Nolhac fut reçu par Maurice Donnay, le 18 janvier 1923.
Mort le 31 janvier 1936.