Батьки Нільса Єрне жили на данському острові Фаньо, як і їх предки протягом століть. У 1910 році вони переїхали в Лондон, де й народився Єрне 23 грудня 1911 року. Під час Першої світової війни батьки переїхали в Нідерланди , тому Єрне провів юність в Роттердамі, де закінчив бакалаврат в 1928 році. Він закінчив Лейденський університет, де два роки вивчав фізику. Після цього він переїхав в Копенгаген, де почав вивчати медицину в Університеті Копенгагена, отримав там в 1947 році ступінь доктора медицини, а в 1951 році захистив дисертацію «Дослідження авідності на основі відповіді шкіри кроля на суміші дифтерійноготоксину і антитоксину».
Теорія утворення антитіл зробила Єрне відомим вченим і з 1956 року він працював у ВООЗ у Женеві главою секції біологічних стандартів і імунології. У 1962—1966 роках був професором мікробіології і завідувачем відділу мікробіології медичної школи Університету Піттсбурга (Піттсбург), продовжуючи працювати експертом у ВООЗ. У 1966 Єрне повернувся до Європи, де отримав позицію професора в Університеті Іоганна Вольфганга Гете (Франкфурт). У 1969 році став директором Базельського інституту імунології (Базель), де працював за виходу на пенсію в 1980.