Нуниш происходил родом из крещёной еврейской семьи. В 1521 – 1522 годах обучался в университете Саламанки, а затем в университете Лиссабона, где в 1525 году получил степень по медицине. Он также изучал астрологию, астрономию и математику. 

В 1537 году университет переехал из Лиссабона в город Коимбру, В университете Коимбры обучались в первую очередь навигаторы. Отдельной специальностью математика стала там только в 1544.году. Нуниш преподавал в университете математику вплоть до 1562 года. Кроме того, с 1547 года и до конца жизни Нунеш был королевским астрономом и астрологом. С 1531 года Нуниш по поручению короля Жуана II обучал принцев Луиша и Энрике (который организовал морские экспедиции португальского флота вокруг Африки в Индию). Позже Нуниш обучал также короля Себастьяна.

Большая часть работ Нуниша посвящена навигации. Он был первым, кто понял, что корабль идущий фиксированным курсом (постоянным румбом, то есть  под постоянным углом к меридианам и параллелям глобуса) будет следовать по спиральному маршруту, называемому локсодромной кривой. Он также смог решить все проблемы, связанные с необходимостью изображать шаровую поверхность Земли на плоской карте. Позже нидерландский картограф Герард Меркатор разработал для этого так называемую называемую «проекцию Меркатора», которая используется поныне.

Нунеш решил ряд практических навигационных проблем, связанных с уточнением местоположения корабля в открытом море вдали от берегов. Для этого он сконструировал нониус, который в последствии был использован Тихо Браге в его астрономических наблюдениях, на основании которых Иоганн Кеплер вывел три закона  движения планет вокруг Солнца.

Педро Нунеш был последним великим математиком, который внес существенные исправления в геоцентрическую систему Птолемея, которые, правда, потеряли значение после появления гелиоцентрической модели Николая Коперника. Нуниш знал о работе Коперника, но для практической навигации тогда была более важна хорошо расчитанная геоцентрическая картина Вселенной.