Nathan Fillion fez sua formação artística em Edmonton, frequentando a Holy Trinity Catholic High School, depois o Concordia University College of Alberta e a University of Alberta; não concluiu o curso, mas atuou em teatro ali e em trabalhos iniciais na televisão. Ele trabalhou em teatro canadense, televisão e em formatos improvisados como Theatresports e Die-Nasty antes de se mudar, primeiro para Nova York para interpretar papel em novela diurna, depois para Los Angeles. Seus meios incluem televisão (séries, sitcoms, dramas), atuação de voz (animação, videogames), palco ao vivo e cinema. Ele colaborou repetidamente com criadores como Joss Whedon, Alan Tudyk e, mais recentemente, com James Gunn. Seus métodos de trabalho envolvem alternar entre papéis principais e de conjunto, participar de shows ao vivo em formato baseado em segmentos estilo rádio, e expandir sua atuação para produção executiva enquanto continua atuando.
