Elsőként hatolt keresztül a grönlandi jégtakarón keletről nyugatra; északi-sarki expedíciói során végzett mélységmérései tették először kétségtelenné, hogy az Északi-sarkon nincs kontinens. A Népszövetségben fogoly- és menekültügyekkel foglalkozott, és az úgynevezett Nansen-útlevél - az I. világháború után hontalanná vált személyek részére adott okmány, amely egyes államokban megkönnyítette letelepedésüket és munkavállalásukat - kiadásának megszervezéséért 1922-ben Nobel-békedíjat kapott. 1930. május 13-án hunyt el Lysaker-ben.