Nicolaes Berchem was de zoon van stillevenschilder Pieter Claesz. Hij zou hebben leren schilderen bij zijn vader, bij Jan van Goyen, Nicolaes Moeyaert, Pieter de Grebber, Jan Wils en Jan Baptist Weenix, die hij zijn neef noemde. Hij werd in 1642 ingeschreven in het Haarlemse Sint-Lucasgilde, in 1645 werd hij lid van de gereformeerde kerk, en een jaar later trad hij in het huwelijk. Hij kreeg vier kinderen. Nadat zijn eerste vrouw gestorven was trouwde hij met de dochter van zijn leermeester Jan Wils. In 1650 maakte Nicolaes Berchem een reis naar Westfalen, mogelijk in gezelschap met Jacob van Ruisdael, met wie hij bevriend was. Begin jaren vijftig heeft hij mogelijk een reis naar Italië ondernomen, maar er bestaan geen bewijzen die dat staven. Van ongeveer 1660 tot 1670 en opnieuw na 1674 was Berchem in Amsterdam gevestigd. Hij werkte als ontwerper voor de graveur Jan de Visscher, die een atlas publiceerde. Berchem verhuisde nog een keer naar Haarlem, maar werd begraven in de Westerkerk