Nikolayev menyara keluarganya berikutan kematian ayahnya pada tahun 1944, namun ini tidak disukai oleh ibunya, yang lebih suka dia mendapat pendidikan. Nikolayev kemudian memasuki sekolah perubatan sebelum dia bergabung dengan tentera Soviet. [1] Semasa latihannya, Nikolayev dapat mengekalkan keadaan yang sangat tenang semasa berada dalam keadaan tertekan. Ketenangan Nikolayev menjadikannya calon yang adil untuk menjadi kosmonot. Rakan-rakannya masa depan Yuri Gagarin, Gherman Titov, dan tujuh belas yang lain bergabung dengannya pada bulan Mac 1960. Isteri masa depan Nikolayev adalah kosmonot Valentina Tereshkova, dan dia dilaporkan mencium selamat tinggal sebelum menaiki Vostok 3.