Niklaus Wirth erwarb 1958 sein Diplom als Elektroingenieur an der ETH Zürich. Danach studierte er ein Jahr an der University Laval, Canada, und promovierte 1963 an der University of California in Berkeley mit einem Fulbright-Stipendium bei Prof. H. D. Huskey zum Thema der Verallgemeinerung der Programmiersprache Algol 60.

Von 1963-1967 lehrte er als Assistant Professor an der Stanford University im neu gegründeten Department of Computer Science. Nach seiner Rückkehr in die Schweiz war er Assistenzprofessor an der Universität Zürich. 1968 wurde er zum Professor für Computerwissenschaften (später Informatik) an der ETH Zürich gewählt. Seine Interessen galten der Software-Technik und ihren Werkzeugen, vorab den Programmiersprachen und ihren Übersetzern. 1970 entwarf er die Sprache Pascal, 1980 Modula-2, und 1988 Oberon. Diese Sprachen beeinflussten die Programmiermethodik in großem Maße, und Pascal wurde zur weltweit verwendeten Sprache im Unterricht.

Wirth hat sich auch mit der Hardware-Technik befasst und baute 1979 den Rechner Lilith, einen der ersten Rechner am Arbeitsplatz, und 1986-90 die Rechner Ceres 1-3. Dabei zeigte er den Gewinn, der sich durch gemeinsame Konzeption von Hard- und Software erzielen lässt. Später befasste er sich mit dem Entwurf digitaler Schaltungen für programmierbare Bauteile und entwarf dazu die Sprache Lola, welche die Gemeinsamkeiten im Entwurf von Hard- und Software aufzeigt.

Niklaus Wirth war von 1982-84 und 1988-90 Vorsteher der Abteilung für Informatik der ETH Zürich. Er erhielt zahlreiche nationale und internationale Ehrungen und Auszeichnungen.