Nació el 20 de noviembre de 1668 en La Llave y fue bautizado el 23 de diciembre de ese año en la parroquia de San Juan del Río. Fue el cuarto hijo del matrimonio formado por el capitán Juan Leonel Gómez de Cervantes Carvajal y Betanzos (1629-1683) y doña Mariana Velázquez de la Cadena Cedeño, quienes procrearon además a Juan Leonel, José, Francisco, Gabriel, Antonio, Pablo, Catalina y María Rosa.
Creció y se educó en la ciudad de México. Primero estudió en el Colegio de San Ildefonso y luego en el Colegio Máximo de los Santos Apóstoles Pedro y Pablo de la Compañía de Jesús, donde fue becario. En 1689 obtuvo el título de bachiller en derecho canónico y al siguiente año el mismo título en filosofía. En 1690 fue premiado por el cabildo catedralicio con una capellanía por su “virtud y costumbres”. Dos años después, cuando tenía 24 años de edad, terminó sus estudios, obteniendo los grados de licenciado y doctor en derecho canónico. Su carrera comenzó a perfilarse aún antes de que terminara sus estudios. En ese mismo año, Nicolás Carlos también dio sus primeros pasos como profesor, lo que complementó su vocación eclesiástica. Ese año fue sustituto en la cátedra de Artes, entró en un concurso por la de Clementinas (colección de decretales que forman parte del derecho canónico), obtuvo una prebenda en Sagrados Cánones y fue rector del Colegio de Todos Santos. Este patrón caracterizó su carrera los siguientes años, en que sustituyó a profesores, entró a concursos de cátedras y tuvo otras actividades afines.
En 1693 obtuvo licencia de la Audiencia de México para practicar el Derecho y el mismo año presentó examen para ingresar en la Real Universidad de México; en 1696 ganó la cátedra de Clementinas al superar ocho oposiciones para obtenerla y en 1700 dicha cátedra se le confirió por decreto. También en 1693 fue elegido rector de la Universidad y nuevamente en 1696, lo que indica la estima que sus contemporáneos le tenían. Su periodo en la docencia comprendió de 1698 a 1723 y en este último año obtuvo su jubilación. Mientras tanto, comenzó a tratar de conseguir un puesto en el cabildo de la catedral de México. Desde 1690 hizo llegar su hoja de servicios ante la Secretaría de Nueva España en el Consejo de Indias, organismo encargado de conferir los altos nombramientos eclesiásticos. En 1694 y 1703 presentó copias actualizadas de la misma, tratando de impresionar por su gran actividad y hacer que su nombre sonara familiar a los funcionarios. Además, lo intentó por otra vía y en 1692 concursó por una canonjía doctoral vacante en la catedral, que era uno de los cuatro oficios electivos de esa corporación.
En 1707 ganó el puesto de párroco del Sagrario de México, que cumplió sin desatender sus trabajos universitarios. El cabildo catedralicio lo nombró medio racionero —el puesto más bajo— cuando tenía 43 años, edad relativamente avanzada para ser su primer puesto capitular, por lo que su ascenso fue rápido debido a su buen carácter, sus méritos individuales y el prestigio acumulado por cinco generaciones de la familia Gómez de Cervantes en la Nueva España. En 1714 ya era racionero y en 1717 fue ascendido al coro como canónigo. El mismo año ganó las oposiciones para una vacante de canonjía penitenciaria, que rechazó cuando la real cédula con tal nombramiento llegó a México. Mientras cumplía con sus obligaciones capitulares, seguía trabajando activamente en la Universidad, impartiendo cátedra, participando en exámenes de grado y otras funciones. Era diligente en sus deberes en el cabildo, pero aparte de un cargo de juez hacedor de diezmos en 1718, casi no hay evidencia de que hubiera tenido que ver con los asuntos financieros de la corporación. Como miembro del cabildo, adquirió una laudable reputación que contribuyó al buen nombre del grupo.
Se le reconocía como “un varón ciertamente docto y celoso, y tan pobre, humilde y limosnero que jamás tuvo sino un vestido”, que sin ostentación siguió la antigua tradición católica de abnegación y puso énfasis en las cuestiones espirituales e intelectuales. La posición social, la reputación y los logros que alcanzó llamaron la atención de los camaristas del Consejo de Indias; hacia 1722 fue nombrado obispo de Guatemala y luego promovido al mismo cargo en Guadalajara, en donde hizo una visita pastoral de su enorme diócesis, administró el sacramento de la confirmación a 250 000 personas, y vigiló la construcción de los conventos de Jesús María y Santa Mónica.
Murió siendo obispo de Guadalajara en noviembre de 1734, cuando contaba con 66 años. La vida profesional de Nicolás Carlos está ampliamente documentada, pero poco se sabe de su vida personal. Un detalle interesante de la única cláusula conocida de su testamento revela que el obispo nunca olvidó su tierra natal, ya que estableció una obra pía para el aceite de la lámpara de la parroquia de San Juan del Río, en la que fue bautizado. Hay retratos de este ilustre sanjuanense en el Museo Nacional de Historia de la ciudad de México, en la Galería de Obispos y Arzobispos de Guadalajara, de la catedral jalisciense; en la Sala Capitular de la Congregación de Nuestra Señora de Guadalupe de la ciudad de Querétaro y en la Parroquia de San Juan del Río.
