Müller begann seine Motorsportkarriere 2004 im Kartsport, in dem er bis 2007 aktiv war. 2008 wechselte er in den Formelsport und trat für Jenzer Motorsport in der Schweizer Formel Renault, die er mit einem Sieg auf dem fünften Gesamtrang beendete, an. Ausserdem startete er für sein Team bei einigen Rennen aus drei weiteren Formel-Renault-Meisterschaften. 2009 blieb Müller bei Jenzer Motorsport und bestritt seine zweite Saison in der Schweizer Formel Renault. Er dominierte die Saison und gewann mit neun Siegen aus zwölf Rennen die Meisterschaft vor Giovanni Venturini. Ausserdem startete er für seinen Rennstall im Formel Renault 2.0 Eurocup und beendete die Saison in dieser Serie auf dem elften Gesamtrang.
2010 startete Müller für Jenzer Motorsport in der neugegründeten GP3-Serie.[1] Beim Sprintrennen in Valencia erzielte er seinen ersten Sieg in der GP3-Serie und belegte mit einem weiteren Sieg den dritten Gesamtrang hinter dem Meister Esteban Gutiérrez und Robert Wickens. 2011 blieb Müller bei Jenzer Motorsport und absolvierte seine zweite GP3-Saison.[2] Mit einem Sieg beendete er die Saison als bester Pilot seines Teams auf dem vierten Platz in der Meisterschaft.
Nico Müller beim DTM-Saisonfinale 2014 in Hockenheim
2012 wechselte Müller in die Formel Renault 3.5. Er erhielt dort ein Cockpit bei International Draco Racing.[3] Mit einem zweiten Platz als bestem Resultat schloss er die Saison auf dem neunten Rang ab. Damit setzte er sich intern gegen seinen Teamkollegen André Negrão, der 15. wurde, durch. 2013 bildeten Müller und Negrão erneut die Draco-Fahrerpaarung in der Formel Renault 3.5.[4] In Monte Carlo erzielte Müller zunächst seine erste Pole-Position und gewann schließlich sein erstes Rennen in der Formel Renault 3.5.[5] Seinen zweiten Sieg erzielte er bei einem Regenrennen auf dem Hungaroring, wo er einen überlegenen Vorsprung herausfuhr.[6] Müller verbesserte sich in der Gesamtwertung auf den fünften Rang. Teamintern setzte er sich erneut gegen Negrão, der die Saison auf dem zehnten Gesamtrang beendete, durch.
2014 verliess Müller den Formelsport und wechselte in die DTM, wo er einen Platz im Audi-Team Rosberg erhielt.[7] In der Gesamtwertung wurde er als schlechtester Audi-Pilot 19. 2015 bestritt Müller seine zweite DTM-Saison für das Team Rosberg.[8] Er wählte die 51 als seine Startnummer. Er schloss die Saison auf dem 21. Gesamtrang ab. Darüber hinaus fuhr er bei drei Rennen der Blancpain Endurance Series. Zur DTM-Saison 2016 wechselte Müller innerhalb der Audi-DTM-Teams zu Abt. Er erzielte bereits beim Saisonauftakt mit einem dritten Platz seine erste Podest-Platzierung und in Nürnberg gewann er erstmals. Er verbesserte sich auf den neunten Platz der Fahrerwertung.
↑Heiko Stritzke: „WS by Renault - Müller dominiert im Regen“. Fanatastische Aufholjagd von Magnussen und Sainz. Motorsport-Magazin.com, 14. September 2013, abgerufen am 8. Dezember 2013.
↑Audi: Growth also in motorsport. (Nicht mehr online verfügbar.) audi-motorsport.info, 17. Dezember 2014, archiviert vom Original am 18. Dezember 2014; abgerufen am 29. Januar 2015 (englisch).