Plinio Nomellini nacque il 6 agosto 1866 a Livorno. Dopo aver studiato presso la locale Scuola di Arti e Mestieri sotto la guida del pittore Natale Betti, ottenne una borsa di studio per l'Accademia di Belle Arti di Firenze nel 1885. Lì divenne allievo di Giovanni Fattori, uno dei principali artisti del movimento dei Macchiaioli, e strinse amicizia con pittori come Silvestro Lega e Telemaco Signorini.

Nomellini iniziò a dipingere nello stile dei Macchiaioli, caratterizzato da audaci pennellate di colore e scene naturalistiche all'aperto. Verso la fine degli anni Ottanta dell'Ottocento, tuttavia, iniziò a sperimentare con tavolozze più brillanti e pennellate più espressive.

Nel 1890 si trasferì a Genova, dove divenne una figura centrale del rinnovamento artistico della città. Influenzato dal Neoimpressionismo francese e dal Divisionismo italiano, adottò la tecnica di accostare colori puri per creare effetti luminosi. I suoi dipinti di questo periodo raffiguravano spesso operai, cantieri navali e scene di lavoro quotidiano, riflettendo il suo crescente interesse per le questioni sociali.

Intorno alla fine del secolo, Nomellini si spostò invece verso una pittura più simbolista, combinando la luminosa tecnica divisionista con temi allegorici e poetici. Nel 1902 si stabilì a Torre del Lago, in Toscana, dove strinse amicizia con il compositore Giacomo Puccini e il poeta Giovanni Pascoli. I paesaggi della Versilia divennero un soggetto ricorrente, spesso intriso di significato onirico o simbolico.

Dopo la Prima Guerra Mondiale tornò a Firenze, dedicandosi sempre più alla pittura di paesaggio pur continuando a esporre ampiamente. Dal 1928 fino alla sua morte, avvenuta a Firenze l'8 agosto 1943, fu presidente del Gruppo Labronico, un'importante associazione di artisti livornesi.

I suoi dipinti sono conservati nei principali musei italiani, tra cui le collezioni di Firenze, Venezia, Genova e Roma.

Oggi è riconosciuto come uno dei più importanti pittori divisionisti italiani, celebrato per aver coniugato innovazione tecnica, impegno sociale e interpretazioni liriche del paesaggio italiano.