Nicolas Baldeyrou commence l'apprentissage de la clarinette à l'âge de 8 ans. Il étudie successivement au Conservatoire Municipal du Kremlin-Bicêtre (classe de Pierre Billaud), au conservatoire de Saint-Maur-des-Fossés (classe de Véronique Fèvre), et enfin au Conservatoire national supérieur de musique et de danse de Paris (classe de Michel Arrignon et Jérôme Julien-Laferrière) où il entre à l'âge de 14 ans. Il y obtient un premier prix de clarinette à l'unanimité avec le prix spécial Léon Leblanc ainsi qu'un premier prix à l'unanimité de clarinette basse (classe de Jean-Noël Crocq) avant d'intégrer le cycle de perfectionnement.
À l’issue de ses études, il remporte trois concours de premier plan : le prestigieux Concours de l’ARD (Munich) en 1998, le Concours international de Dos Hermanas (Espagne) en 1999 et la ICA Young Artist Competition (États-Unis) en 2001. Il est également lauréat des concours internationaux Carl Nielsen (Odense) et des Jeunesses Musicales (Bucarest), des Révélations de l’Adami, de la fondation Natixis, du Bunkamura Orchard Hall Award, ainsi que du programme «Rising Star» en 2004.
Nicolas Baldeyrou s'implique activement dans la musique de son temps. En 2003, Éric Tanguy lui a dédié Capriccio pour clarinette seule, et Jacques LenotTormentoso. Il a par ailleurs collaboré à de nombreux ensembles de musique d'aujourd'hui comme 2E2M, Court-Circuit, TM+, Alternance, Ars Nova, Sillage.
Sa passion pour l’exploration de nouveaux répertoires et son souci d’authenticité dans ses interprétations l’amènent naturellement à s’intéresser aux clarinettes historiques. Il est régulièrement invité par Marc Minkowski à participer à l’orchestre Les Musiciens du Louvre, par Emmanuelle Haïm à l'ensemble Le Concert d'Astrée ou encore par Emmanuel Krivine à la Chambre Philharmonique.
Depuis 2004, il est également essayeur pour la manufacture d’instruments à vent Buffet-Crampon et contribue ainsi au développement de l’instrument et au rayonnement de l’école française dans le monde entier.
2013 : Tonal twilights, Schoenberg Transfigurations (Virtus Classics), avec Nicolas Dautricourt, Bertrand Raynaud, Kazunori Seo et Laurent Wagschal. Kammersymphonie et Ein Stelldichein d'Arnold Schoenberg.
2011 : Walter Gieseking, musique de chambre (Les Ménestrels) avec le quatuor Psophos, Alexandre Gattet, Antoine Dreyfus, Julien Hardy et Laurent Wagschal.