Nilo Procópio Peçanha nasceu na cidade de Campos dos Goitacazes (RJ) em 02 de outubro de 1867, filho de Sebastião de Sousa Peçanha e Joaquina Anália de Sá Freire. Formou-se bacharel pela Faculdade de Direito de Recife em 1887 e, retornando a Campos, dedicou-se à advocacia no período de 1888 a 1890. Foi um dos criadores e também presidente do Clube Republicano em Campos. Elegeu-se deputado à Assembléia Nacional Constituinte (1890-1891) e deputado federal pelo Partido Republicano Fluminense (1891-1903), tornando-se senador em 1903. Renunciou a esse mandato para ser presidente do estado do Rio de Janeiro (1903-1906) e, a seguir, vice-presidente da República (1906-1909). Em decorrência da morte do titular, Afonso Pena, assumiu a Presidência da República de 1909 a 1910.
Retornou ao Senado pelo Estado do Rio de Janeiro em mais dois mandatos (1912-1914 e 1918-1920). Exerceu ainda a Presidência do Estado do Rio de Janeiro (1914-1917) e o cargo de ministro das Relações Exteriores (1917). Em 1921, foi candidato à presidência da República pelo movimento Reação Republicana.
Foi casado com Anita Belisário Peçanha, nascida em 22 de março de 1873 e falecida em 09 de abril de 1960. Faleceu em março de 1924, no Rio de Janeiro.