Nils-Ole Lund blev uddannet fra Kunstakademiets Arkitektskole i 1953. Herefter rejste han til Norge, hvor han bestred en docentstilling på Norges Tekniske Høgskole i Trondheim. Her havde han også en tegnestue.

I 1965 flyttede han til Aarhus og blev professor på Arkitektskolen Aarhus. I årene 1972-1985 var han rektor på skolen. Han var derudover æresdoktor ved Lunds Universitet og modtog N.L. Høyen Medaljen i 2001.

Nils-Ole Lund har også arbejdet med formidling inden for arkitektur. Han har blandt andet skrevet bøger om arkitekterne Henning Larsen og C.F. Møller samt bogen "Arkitekturteorier siden 1945".