Nacido en una familia de clase media de origen danés, Niels Arestrup creció fuera de París y estudió interpretación con Tania Balachova. Comenzó su carrera en el teatro, antes de aparecer en su primera película, Miss O'Gynie and the Flower Man de Samy Pavel en 1973, seguida por Stavisky, dirigida por Alain Resnais en 1974.

Sin abandonar nunca el teatro, Arestrup construyó una carrera única basada en papeles secundarios y personajes ambiguos en películas como Toda Una Mujer de Daniel Duval, o Corrupción Criminal de Yves Boisset. Además no dudó en aceptar papeles desagradables en títulos como La Rumba o Les Loups Entre Eux.

A mediados de los 80, Arestrup comenzó a interpretar papeles protagonistas: el amante en El Futuro Es Mujer de Marco Ferreri en 1984, un director de orquesta húngaro en la Ópera de París en La Tentation de Venus de 1991; un famoso e infeliz violinista en Picnic de Lulu Kreutz en 2000, y un marido entrado en años que abandona a su mujer en Speak to Me of Love de Sophie Marceau en 2002.