Nasce da una famiglia borghese – il padre è funzionario di Dogana – a Livorno, dove inizia a formarsi con il pittore Natale Betti; dal 1885 è all’Accademia di Belle Arti di Firenze, allievo di Giovanni Fattori.

Inizia a esporre nel 1886 all’esposizione annuale della Società Promotrice di Belle Arti di Firenze.

Il primo successo arriva 2 anni dopo con Il fieno (1888), ora in questo Museo, il cui colore accostato in lunghi filamenti supera gli insegnamenti di Fattori sulla pittura per “macchie” e che viene scelto per l’Esposizione Universale di Parigi del 1889.

Nelle sue opere compaiono gli operai, come in Piazza Caricamento (1891, ora Tortona, Pinacoteca Fondazione Cassa di Risparmio), e la tecnica “divisionista”, in cui i colori sono dati puri per sottili tratti affiancati per ottenere effetti di grande luminosità.

Nel 1894 è incarcerato come anarchico. Sul finire del secolo si avvicina al “Simbolismo”, corrente che associa alla realtà significati ulteriori andando verso gli ambiti dell’interiorità, dell’invisibile, del sogno, come in Sinfonia della luna.

Nel 1902 torna ad abitare in Toscana, a Torre del Lago (Lucca), dove stringe rapporti con Giacomo Puccini e inizia a collaborare con Giovanni Pascoli.

La Versilia diventa tema ricorrente di molti suoi paesaggi animati da figure vagamente simboliche e allegoriche.

Accanto a queste opere finalizzate a sperati acquisti da parte di istituzioni pubbliche, Nomellini sviluppa un prolifico filone, destinato al mercato privato, soprattutto di paesaggi caratterizzati da colori gioiosi e vivaci.