Nicolas Machtou commence sa carrière en 2004 à la Commission de régulation de l'énergie où il rejoint le directeur général pour travailler sur la libéralisation des marchés de l’électricité et du gaz. En 2006, il intègre RTE (Réseau de Transport d’Électricité), d’abord auprès du président du directoire, pour travailler sur la régulation des gestionnaires de réseaux puis à la direction financière comme chef du pôle filiales et activités nouvelles. En 2012, il devient conseiller technique énergie, environnement au cabinet de Jean-Marc Ayrault, Premier ministre. En 2014, il est nommé conseiller référendaire à la Cour des comptes et membre du collège de l’Autorité de régulation des activités ferroviaires et routières (ARAFER). En octobre 2015, Nicolas Machtou est nommé conseiller énergie, développement durable, transports, logement et ville au cabinet de François Hollande à la présidence de la République. En 2017, il rejoint Enedis comme directeur délégué en charge de l’Île-de-France et membre du comité exécutif. Il préside le conseil d’administration de Citelum du 1er juin 2020 au 1er juin 2022.
En juin 2022, il devient directeur des programmes nouveaux nucléaires au sein de la direction stratégie, technologies, innovation et développement du groupe EDF. Le 1er septembre 2025, il est nommé Directeur exécutif Groupe en charge du Secrétariat Général.
Nicolas Machtou est conseiller référendaire à la Cour des comptes, diplômé de l’université Paris II et de l’université Columbia à New York.