Родился 1 января 1963 г. в г. Чимкенте Казахской ССР (с 1992 г. - г. Шымкент; Республика Казахстан).
В 1980-1981 гг. учился на факультете химического машиностроения Московского института химического машиностроения ("машины и технология переработки полимеров в изделия и детали"). В 1986 г. с отличием окончил Военный краснознаменный институт Минобороны СССР (г. Москва) по специальности "офицер со знанием китайского и английского языков", в 1996 г. - Казахскую государственную архитектурно-строительную академию (заочно; ныне в составе Международной образовательной корпорации, г. Алма-Ата) по специальности "инженер-экономист". В 2019 г. окончил полный курс по программе "Военное искусство" на базе Национального университета обороны Республики Казахстан.
Кандидат политических наук.
В 1986-1991 гг. проходил воинскую службу в частях системы Генштаба Вооруженных сил СССР в Ошской области Киргизской ССР, Восточно-Казахстанской и Алматинской областях Казахской ССР.
После распада СССР, в 1991-1996 гг. работал во внешнеэкономических организациях, в том числе в торговом представительстве при посольстве Казахстана в КНР.
В 1996-1997 гг. был советником председателя правления Алматинского торгово-финансового банка.
В 1997-1999 гг. - генеральный директор компании "Юнитэк лтд".
В 1999-2001 гг. возглавлял представительство Народного сберегательного банка Казахстана в г. Пекине (КНР).
В 2001-2003 гг. являлся советником посольства Казахстана в Китае, в 2003-2004 гг. - поверенным в делах Казахстана в Сингапуре.
В 2004-2006 гг. занимал должность заведующего центром внешней политики Администрации президента Республики Казахстан, в 2006-2007 гг. - советника главы государства - заведующего центром внешней политики Администрации президента Республики Казахстан.
В 2007-2010 гг. - заместитель министра иностранных дел Казахстана.
В 2010-2012 гг. был помощником президента республики по международным вопросам.
С 2012 по 2014 г. - чрезвычайный и полномочный посол Республики Казахстан в Китайской Народной Республике, а также в Республике Вьетнам и Корейской Народно-Демократической Республике по совместительству.
С ноября 2014 по сентябрь 2016 г. - помощник президента Казахстана - секретарь Совета безопасности.
В 2016-2018 гг. был министром по делам религий и гражданского общества республики.
В апреле - августе 2018 г. вновь занимал должность помощника президента - секретаря Совета безопасности Республики Казахстан.
С 7 августа 2018 г. по 31 августа 2021 г. - министр обороны Казахстана.
С 1 января 2023 г. - заместитель генерального секретаря Шанхайской организации сотрудничества (ШОС).
4 июля 2024 г. на саммите ШОС в Астане Нурлан Ермекбаев был утвержден генеральным секретарем организации на период 2025-2027 гг. К исполнению обязанностей генерального секретаря ШОС он приступит с 1 января 2025 г., сменит на этом посту Чжан Мина.
Имеет дипломатический ранг чрезвычайного и полномочного посла.
Генерал-лейтенант (2020).
Награжден орденами "Курмет" (2005), "Парасат" (2015) и медалями.
Автор нескольких десятков статей, соавтор книги "Казахстан и страны мира".
Владеет русским, английским, китайским, португальским языками.