Si è iscritto al corso di laurea in Scienze biologiche, ma non ha terminato gli studi. Il suo primo romanzo, intitolato Branchie, è stato pubblicato da Ediesse nel 1994, per essere poi acquisito da Einaudi nel 1997. Il libro racconta la storia paradossale di un ragazzo romano malato di tumore che si trova catapultato suo malgrado in India, dove è costretto a vivere una serie di sgradevoli e stravaganti avventure. Nel 1999, dal libro è stato tratto il film con Gianluca Grignani e Valentina Cervi dal titolo omonimo, Branchie, diretto da Francesco Ranieri Martinotti e sceneggiato insieme a Fulvio Ottaviano; nonostante l'ingente budget, la pellicola si è rivelata un insuccesso.
Nel 1995 Ammaniti ha pubblicato, con il padre Massimo, psicologo dell'età evolutiva, il saggio Nel nome del figlio, edito da Arnoldo Mondadori Editore. Nel 1996 ha recitato insieme alla sorella nel film a basso budget Cresceranno i carciofi a Mimongo di Fulvio Ottaviano.
Ha partecipato nel 1996 all'antologia Gioventù cannibale, curata da Daniele Brolli e pubblicata da Einaudi, con un racconto scritto a quattro mani con Luisa Brancaccio. Sempre nel 1996 ha pubblicato per Mondadori Fango, raccolta di racconti che contiene, tra gli altri, i testi Vivere e morire al Prenestino e L'ultimo capodanno dell'umanità; da quest'ultimo è stato tratto nel 1998 il film di Marco Risi L'ultimo capodanno, alla sceneggiatura del quale collaborò lo stesso Ammaniti. Diventa uno dei principali rappresentanti del gruppo di scrittori definiti Cannibali.
Nel 1999 è uscito il romanzo Ti prendo e ti porto via, sempre per Mondadori. La notorietà a livello nazionale giunge per Ammaniti nel 2001, quando pubblica il romanzo Io non ho paura, Premio Viareggio Narrativa, trasposto due anni dopo nell'omonimo film di Gabriele Salvatores, per cui riceve il Premio Flaiano per la sceneggiatura. Nel 2004 ha scritto il soggetto per il film Il siero della vanità, diretto da Alex Infascelli. Dal 17 settembre 2005 è sposato con l'attrice Lorenza Indovina.
Nel 2006 è stato pubblicato il romanzo Come Dio comanda, edito da Arnoldo Mondadori Editore, accolto con favore dal pubblico, ma con alterni giudizi dalla critica, nonostante nel 2007 il romanzo si aggiudichi il premio Strega; il libro è stato inoltre adattato per il grande schermo, nuovamente da Salvatores, nel film Come dio comanda (2008).
Nel 2009 ha pubblicato il romanzo Che la festa cominci edito da Einaudi, per il quale ha ottenuto una candidatura al premio Alabarda d'oro 2010. Ha una rubrica su xL. Nel 2010 ha pubblicato il suo sesto romanzo dal titolo Io e te.
Nel 2012 Niccolò Ammaniti ha pubblicato la raccolta di racconti Il momento è delicato, il cui titolo deriva dalla frase che gli venne rivolta da un editore per comunicargli il rifiuto della pubblicazione della raccolta di racconti Fango.
Nel 2015 pubblica il suo settimo romanzo dal titolo Anna.
Nel maggio del 2017 Sky Italia annuncia la realizzazione di una nuova serie TV chiamata Il miracolo incentrata sulle conseguenze della lacrimazione di una statua della Madonna in un piccolo centro, che lo stesso Ammaniti ha già scritto e che lo vedrà anche nei panni di regista al pari di Lucio Pellegrini e Francesco Munzi.
Nel 2021 esce su Sky Italia la serie televisiva Anna, basata sull'omonimo romanzo del 2015.
Il 17 gennaio 2023, a distanza di otto anni dal precedente, esce il romanzo La vita intima, che vince di nuovo il Premio Viareggio a 22 anni dal primo riconoscimento ottenuto con Io non ho paura.
Fonte: Wikipedia