In carriera si è aggiudicato in tutto 21 titoli ATP in singolare e 2 in doppio. È stato n°3 del mondo nel novembre del 2006, spingendosi per due volte in semifinale sia al Roland Garros che agli US Open e vincendo inaspettatamente anche il Masters di fine anno nel 2009. È stato tra i protagonisti del trionfo della Russia nella Coppa Davis 2006.
A causa dei numerosi infortuni, si è ritirato dall'agonismo nel 2014, all'età di 33 anni.
Nato nell'ex URSS da Vladimir e Tatjana nella città ucraina di Sjevjerodonec'k, Nikolaj iniziò a giocare a tennis all'età di sette anni,[1] seguendo le orme del fratello maggiore Eduard. Insieme i due dapprima traslocano in Russia poi, nel 1996, si trasferiscono a Salmtal (Germania) per avere la possibilità di disputare più tornei senza dover ogni volta affrontare lunghe trasferte. Infatti a inizio carriera Nikolay ed Eduard non avevano molte possibilità economiche: per spostarsi da un torneo all'altro viaggiavano in treno, rigorosamente in seconda classe, e per i pasti si arrangiavano con panini acquistati nei supermercati, o mangiavano nelle mense dei circoli nei quali si svolgeva il torneo.
Mentre Eduard sceglie di intraprendere la carriera di maestro di tennis, Nikolay continua la sua scalata al professionismo, conclusasi nel 2000: da allora sarà proprio suo fratello Eduard a fargli da coach ed a seguirlo in tutti i tornei. Pur non essendo particolarmente dotato (il gioco di Davydenko, fatto di regolari scambi da fondo campo, non è cristallino come quello dei migliori talenti) Nikolay ha dimostrato che con il duro lavoro ed i sacrifici si possono raggiungere grandi risultati. Con il passare degli anni, tuttavia, il suo tasso tecnico è visibilmente migliorato. Nel sostanziale e progressivo miglioramento dei colpi fondamentali, soprattutto il suo rovescio lungolinea è diventato un colpo molto temibile. Sempre nel 2000 debutta nel circuito ATP: al torneo di Amsterdam giunge fino alle semifinali, dove viene sconfitto da Raemon Sluiter.[2] È un esordio con il botto, ma per la consacrazione ad alti livelli bisognerà attendere il 2003: in quell'anno Nikolay vince i suoi primi tornei della carriera (Adelaide ed Estoril), chiudendo la stagione nei primi 50.[3] Posizione che migliora di 20 lunghezze nel 2004, anno in cui Davydenko fa suoi i tornei di Monaco e Mosca.
Nel 2005 porta a casa un solo torneo (St. Poelten), ma al Roland Garros si spinge fino alle semifinali (dove perde da Mariano Puerta, squalificato successivamente per doping). Ormai consolidata la sua classifica, Davydenko compie ulteriori progressi nel 2006: vince cinque titoli (Pörtschach, Sopot, New Haven, Mosca più il suo primo Masters Series a Parigi-Bercy), coglie le semifinali agli US Open (dove perde da Roger Federer) inoltre aiuta la Russia a vincere la sua seconda Coppa Davis. A fine anno chiude al 3º posto del ranking (dietro solo ai dominatori Roger Federer e Rafael Nadal). Il 2006 è anche l'anno del suo matrimonio con la sua compagna Irina. Il 16 ottobre 2014 comunica il ritiro dall'attività agonistica.[4]
Russia
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South Australian Open, Adelaide
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Kristof Vliegen
Estoril Open, Estoril
Agustín Calleri
BMW Open, Monaco di Baviera (1)
Martin Verkerk
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Greg Rusedski
ATP Pörtschach, Sankt Pölten (1)
Andrei Pavel
Orange Warsaw Open, Sopot (1)
Pilot Pen Tennis, New Haven
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BNP Paribas Masters, Parigi
Dominik Hrbatý
Rafael Nadal
Croatia Open Umag, Umago
Malaysian Open, Kuala Lumpur
Shanghai Masters, Shanghai
Qatar ExxonMobil Open, Doha
Swedish Open, Båstad
Roger Federer
Novak Đoković
Mahesh Bhupathi 
Denis Istomin
Maks Mirny 
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