Ο Νίκος Καρνέσης αποφοίτησε από τη σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου το 2010. Στη συνέχεια, εντάχθηκε στο Institut d’Estudis Espacials de Catalunya και στο Αυτόνομο Πανεπιστήμιο της Βαρκελώνης για να εργαστεί για το διδακτορικό του, το οποίο και έλαβε το 2015. Έχει εργαστεί ως μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Max Planck Institute for Gravitational Physics στο Ανόβερο, στο Laboratoire AstroParticule & Cosmologie (APC) στο Παρίσι, στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης και στο Ινστιτούτο Αστρονομίας, Αστροφυσικής, Διαστημικών Εφαρμογών & Τηλεπισκόπησης του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών.

Συμμετείχε ενεργά στη προετοιμασία και στις επιχειρήσεις της αποστολής LISA Pathfinder (LPF) του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA) και είναι μέλος της συνεργασίας Virgo και της Κοινοπραξίας της διαστημικής αποστολής LISA του ESA. Είναι μέλος της Επιτροπής Θεμελιώδης Φυσικής της Ευρωπαϊκής Επιτροπής Διαστημικών Επιστημών (ESSC), ενώ το 2025 επιλέχθηκε από τον ESA ως μέλος της Επιστημονικής Ομάδας της αποστολής LISA (LISA Science Team). Έχει συμμετάσχει σε σημαντικό αριθμό εθνικών έργων σε Ισπανία, Γερμανία και Γαλλία, καθώς και σε έργα που χρηματοδοτήθηκαν από το ESA Prodex, το Ελληνικό Ίδρυμα Έρευνας και Καινοτομίας και σε προγράμματα χρηματοδοτούμενα από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή.