Nils Bergvall växte upp i Gäddede, och tog studenten i Östersund. Han läste matematik, fysik, astronomi och konstvetenskap vid Uppsala universitet, och inledde sedan forskarstudier i astronomi.
Han intresserade sig för galaxer och följde då en forskningsinriktning som inletts i Uppsala av Knut Lundmark under 1910-talet och senare fullföljts av dennes elev Erik Holmberg och hans efterträdare Bengt Westerlund, professorer i Uppsala under Nils studietid. Nils disputerade för doktorsexamen 1981 på en avhandling om dubbelgalaxer och visade att deras växelverkan ofta leder till intensiv stjärnbildning. Efter att ha blivit docent blev han professor i astronomi 2008.
Dubbelgalaxer var ett område som också Holmberg varit inne på, men den främsta inspiratören för Nils var Peter Nilson, som var forskarassistent vid astronomiinstitutionen och där ledde ”galaxgruppen” med seminarier på fredagseftermiddagarna innan han blev författare på heltid. Också Peters kulturintressen inspirerade Nils.
Nils fortsatte studiet av galaxer med stora teleskop på Europeiska sydobservatoriet i Chile, och på Kanarieön La Palma, samt med Hubble Space Telescope. Han riktade särskilt teleskopen mot galaxer med intensiv stjärnbildning, såsom blå kompakta galaxer som gav kunskap om hur stjärnsystem utvecklats i universums ungdom. Det blev många undersökningar som fick kosmologisk betydelse.
Nils Bergvall var också en inspirerande lärare och handledde ett tiotal forskarstudenter, varav flera fortsatt i hans forskningsriktning.
Nisse såg gärna sina astronomiska insikter och resultat i kulturella sammanhang. Han samverkade med konstnärer till exempel i universitetets Artemis-projekt, i vetenskapsteater med Uppsala stadsteater, med dansare, musiker och författare i kurser i kosmologi och om universum i kulturen. Han skrev musik och sånger till bandet Börje Tull där han spelade olika instrument och sjöng, och komponerade ett musikstycke byggt på spektrumvariationerna hos en aktiv galax, NGC 4151. Han var också aktiv i kulturföreningen Bikupan i Gottsunda och i föreningen Jamtamot, vid Norrlands nation. Nils är djupt saknad vid Institutionen för fysik och astronomi, och i Uppsalas kulturliv.