Nathan Fillion cursó su formación artística en Edmonton, asistiendo a Holy Trinity Catholic High School, luego al Concordia University College of Alberta y a la University of Alberta; no completó su grado pero participó en teatro allí y en trabajos tempranos de televisión. Trabajó en teatro canadiense, televisión y en formatos improvisados como Theatresports y Die-Nasty antes de trasladarse, primero a Nueva York para asumir un papel en una telenovela diurna, luego a Los Ángeles. Sus medios incluyen televisión (seriales, comedias, dramas), actuación de voz (animación, videojuegos), teatro en vivo y cine. Ha colaborado repetidamente con creadores como Joss Whedon, Alan Tudyk, y más recientemente con James Gunn. Sus métodos de trabajo incluyen alternar entre roles principales y de reparto, participar en espectáculos en formato en vivo basados en segmentos estilo radio, y ampliarse hacia la producción ejecutiva manteniendo roles de actuación.
