Cobain y Krist Novoselic se conocieron en 1985. Ambos eran fans de The Melvins y a menudo pasaban el rato en el espacio de ensayo de la banda. Después de un par de intentos fallidos de formar su propia banda, el dúo reclutó al baterista Aaron Burckhard, creando la primera encarnación de lo que eventualmente se convertiría en Nirvana. Cobain describió más tarde el sonido de la banda cuando recién comenzaban como "una imitación de Gang of Four y Scratch Acid". A los pocos meses, Burckhard fue despedido de la banda. Fue reemplazado temporalmente por Dale Crover de The Melvins, quien tocó en los primeros demos de la banda. Dave Foster comenzó entonces un breve período como baterista de la banda.
Durante sus meses iniciales, la banda pasó por una serie de nombres, incluyendo Skid Row, Pen Cap Chew y Ted Ed Fred. La banda finalmente se decidió por Nirvana a principios de 1988, tocando su primer show bajo ese nombre en marzo. Un par de meses después, la banda finalmente se estableció con un baterista, Chad Channing.

El primer lanzamiento oficial de Nirvana fue el sencillo "Love Buzz/Big Cheese" en 1988. En 1989, la banda lanzó su primer álbum, Bleach, en Sub Pop Records. El disco tuvo una primera tirada limitada de 1000 vinilos blancos que se vendieron en el Lamefest en Seattle el 8 de agosto de 1989. Bleach estuvo muy influenciado por The Melvins, por el pesado dirge-rock de Mudhoney, y por el rock de los 70 de Black Sabbath y Led Zeppelin. Novoselic señaló en una entrevista de 2001 con Rolling Stone que la banda había puesto una cinta en su furgoneta mientras estaban de gira que tenía un álbum de The Smithereens en un lado y un álbum de la banda de black metal Celtic Frost en el otro, y señaló que la combinación probablemente también influyó. Bleach se convirtió en un favorito de las estaciones de radio universitarias a nivel nacional, pero dio pocas pistas de dónde se encontraría la banda dos años después.
El dinero para las sesiones de grabación de Bleach, listado como $606.17 en la funda del álbum, fue proporcionado por Jason Everman. Everman fue presentado a Cobain por Dylan Carlson, pero conocía a Channing desde el quinto grado. Everman comenzó a pasar el rato con la banda y se ofreció a prestarles el dinero para la grabación. Aunque Everman no tocó realmente en el álbum, fue acreditado por tocar la guitarra en Bleach porque, según Novoselic, "querían que se sintiera más como en casa en la banda". Después de que se completó el álbum, Everman tuvo una breve y polémica estancia en la banda como segundo guitarrista, pero fue despedido después de su primera gira por Estados Unidos. No mucho después, tocó brevemente el bajo con Soundgarden antes de unirse a la banda Mind Funk.

A principios de 1990, la banda comenzó a trabajar con el productor Butch Vig en grabaciones para la continuación de Bleach. Durante las sesiones, Kurt y Krist se dieron cuenta de que Chad no era el baterista que la banda necesitaba, y fue despedido una vez que las sesiones terminaron. Después de unas semanas con Dale Crover de The Melvins reemplazándolo, contrataron al baterista de Mudhoney, Dan Peters, con quien grabaron la canción "Sliver". Más tarde ese año, Buzz Osborne de The Melvins les presentó a Dave Grohl, que estaba buscando una nueva banda tras la repentina ruptura de los hardcore punks de D.C. Scream.

Tras repetidas recomendaciones de Kim Gordon de Sonic Youth, David Geffen contrató a Nirvana para DGC Records en 1990. Posteriormente, la banda comenzó a grabar su primer álbum de un sello importante. El resultado, Nevermind, es ahora ampliamente considerado un clásico.

Para el álbum, la banda decidió seguir trabajando con Vig. En lugar de grabar en el estudio de Vig en Madison como lo habían hecho en 1990, la banda se trasladó a Sound City Studios en Los Ángeles. Durante dos meses, la banda trabajó en una variedad de canciones de su catálogo. Algunas de las canciones, incluidas "In Bloom" y "Breed", habían estado en el repertorio de la banda durante años, mientras que otras, incluidas "On a Plain" y "Stay Away", carecían de letras terminadas hasta la mitad del proceso de grabación.
Después de que se completaron las sesiones de grabación, Vig y la banda se dispusieron a mezclar el álbum. Sin embargo, después de unos días, tanto Vig como la banda se dieron cuenta de que no estaban contentos con cómo estaban resultando las mezclas. Como resultado, decidieron llamar a otra persona para supervisar la mezcla, y DGC proporcionó una lista de posibles opciones. La lista contenía varios nombres familiares, incluidos Scott Litt (conocido por su trabajo con R.E.M.) y Ed Stasium (conocido por su trabajo con The Smithereens). Sin embargo, Cobain temía que traer mezcladores conocidos resultara en que el álbum sonara como el trabajo de esas bandas. Decidió elegir al tipo que estaba al final de la lista junto al nombre 'Slayer': Andy Wallace. (Wallace coprodujo el álbum Seasons in the Abyss de Slayer en 1990.)

Wallace aportó una mentalidad completamente diferente al álbum, añadiendo capas de reverb, muestreo de batería y otros trucos de estudio para darle al álbum un pulido brillante. Unos meses después del lanzamiento del álbum, Cobain se quejó en la prensa de que Wallace había hecho que Nevermind sonara demasiado pulido, a pesar de que Wallace había sido su propia elección y la banda misma había estado involucrada en el proceso de mezcla. Incluso si la banda estaba decepcionada con el sonido del álbum, Wallace había moderado con éxito las inclinaciones de indie rock de la banda y había creado un sonido rock listo para el mercado masivo que otros intentarían duplicar durante la próxima década.
Inicialmente, DGC Records esperaba vender 250,000 copias de Nevermind, que era el mismo nivel que habían logrado con Goo de Sonic Youth. En cambio, el álbum fue certificado triple platino (tres millones de copias) en Estados Unidos menos de seis meses después de su lanzamiento. "Smells Like Teen Spirit" recibió mucha difusión en MTV, inspirando a muchos imitadores y llevando el sonido grunge a la corriente principal. La popularidad del rock alternativo, así como el desplazamiento del hair metal, a menudo se atribuye a Nevermind. En enero de 1992, el álbum alcanzó la cima de las listas de álbumes de Billboard, reemplazando al álbum Dangerous de Michael Jackson, un acto a menudo considerado el símbolo definitorio del auge de la música alternativa sobre el pop. Citando agotamiento, la banda decidió no emprender otra gira por Estados Unidos en apoyo de Nevermind, optando en su lugar por hacer solo un puñado de presentaciones más tarde ese año.

En febrero de 1992, después de la gira de la banda por la Cuenca del Pacífico, Cobain se casó con Courtney Love en Hawái. Love dio a luz a una hija, Frances Bean, el siguiente agosto. Justo días después del nacimiento de Frances Bean, Nirvana realizó uno de sus conciertos más conocidos, encabezando el Reading Festival en Inglaterra. Cobain entró al escenario en una silla de ruedas como una broma, luego procedió a levantarse y unirse al resto de la banda para interpretar una variedad de material antiguo y nuevo.

En un momento del show, Cobain le contó a la multitud el reciente nacimiento de su hija y logró que la multitud coreara "Courtney, we love you!" al unísono. Dave Grohl contó en 2005 en el programa de radio Loveline que la banda estaba genuinamente preocupada de antemano de que el show sería un completo desastre, dado todo lo que había sucedido en los meses previos. En cambio, la actuación terminó siendo una de las más memorables de su carrera.
Menos de dos semanas después, Nirvana realizó una actuación memorable en los MTV Video Music Awards. MTV había querido que la banda tocara "Smells Like Teen Spirit", pero la banda quería tocar una nueva canción llamada "Rape Me". MTV se horrorizó ante la idea de una canción llamada "Rape Me", y finalmente acordó que la banda podía tocar "Lithium" en su lugar, el sencillo actual de la banda en ese momento. Cuando la banda comenzó su actuación, Kurt rasgueó y cantó los primeros compases de "Rape Me", dándoles un shock sólido a los ejecutivos de MTV antes de saltar a "Lithium". Cerca del final de la canción, frustrado porque su amplificador había dejado de funcionar, Novoselic decidió lanzar su bajo al aire para un efecto dramático. Calculó mal el aterrizaje, y el bajo terminó rebotando en su frente, haciendo que se tambaleara fuera del escenario aturdido. Mientras Cobain destrozaba su equipo, Grohl corrió al micrófono y comenzó a gritar "¡Hola, Axl!" repetidamente, refiriéndose al cantante de Guns N' Roses, Axl Rose, con quien la banda y Courtney habían tenido un encuentro bizarro antes del show.

Nirvana lanzó Incesticide, una colección de rarezas y caras B, en diciembre de 1992. Muchas de las sesiones de radio de Nirvana en la BBC y grabaciones tempranas inéditas estaban comenzando a circular a través de círculos de intercambio y bootlegs ilegales, por lo que el álbum sirvió para adelantarse a los bootleggers. El álbum contenía favoritos de los fans como "Sliver", "Dive", "Been a Son" y "Aneurysm", así como covers de canciones de The Vaselines, una banda que se hizo más popular como resultado de los covers de Nirvana.

Para In Utero de 1993, la banda trajo al productor Steve Albini, conocido por su trabajo en el álbum Surfer Rosa de Pixies. Las sesiones con Albini fueron productivas y notablemente rápidas: la versión inicial del álbum se grabó y mezcló en dos semanas, muy lejos de los meses dedicados a grabar y mezclar Nevermind.
Como Nevermind había atraído a una nueva audiencia de oyentes que tenían poca o ninguna experiencia con las bandas alternativas, oscuras o experimentales que Nirvana consideraba sus predecesoras, traer a Albini pareció ser un movimiento deliberado por parte de Nirvana para darle al álbum un sonido crudo y menos pulido. Por ejemplo, una canción en In Utero que presentaba largos períodos de ruido de feedback estridente se tituló, irónicamente, "Radio Friendly Unit Shifter". (En la industria, un "radio-friendly unit shifter" describe un álbum "ideal": uno capaz de mucha difusión radial y que finalmente vende muchas copias, o "unidades"). Sin embargo, Cobain insistió en que el sonido de Albini era simplemente el que siempre había querido que tuviera Nirvana: una grabación "natural" sin capas de trucos de estudio.

Antes del lanzamiento del álbum, estalló la controversia. Circularon historias en varias revistas que sugerían que DGC no estaba contenta con el álbum terminado y que podría ser archivado. Como resultado, los fans comenzaron a creer que la visión creativa de la banda podría verse comprometida por su sello. Si bien las historias sobre DGC archivando el álbum no eran ciertas, la banda sí estaba descontenta con ciertos aspectos de las mezclas de Albini. Específicamente, pensaron que los niveles de bajo eran demasiado bajos, y Cobain sintió que "Heart-Shaped Box" y "All Apologies" no sonaban "perfectas". El productor de R.E.M. de mucho tiempo, Scott Litt, fue llamado para ayudar a remezclar esas dos canciones, con Cobain añadiendo instrumentación adicional y coros. Litt también remezcló "Pennyroyal Tea", pero la versión de Albini se usó en el álbum. (DGC luego planeó lanzar el remix de Litt como sencillo.)
Con el lanzamiento de In Utero, la banda también enfrentó censura corporativa. Las cadenas de tiendas gigantes Kmart y Wal-Mart se negaron a vender el álbum, citando títulos de canciones como "Rape Me" y el collage de feto de plástico de Kurt en la contraportada como demasiado controvertidos para los minoristas "orientados a la familia". La banda decidió acatar la solicitud y compiló una versión del álbum con ilustraciones "limpias" y "Rape Me" retitulada "Waif Me". Aparte de la inclusión de la mezcla de Litt de "Pennyroyal Tea", sin embargo, la música del álbum era idéntica al lanzamiento más amplio. Cuando se le preguntó sobre la versión editada, Kurt señaló que podía identificarse con los residentes de pueblos pequeños que no tenían otras tiendas de música locales y se veían obligados a comprar su música en Kmart.

Mientras que "Heart-Shaped Box" fue recibida cálidamente por la radio alternativa y la convencional, e In Utero debutó en el número uno en la lista de álbumes de Billboard, el álbum no disfrutó del mismo éxito que Nevermind. Ese otoño, Nirvana se embarcó en una gira por Estados Unidos, su primera gran gira por el país desde el éxito de "Smells Like Teen Spirit". (Para la gira en apoyo de In Utero, la banda agregó a Pat Smear de la banda de punk rock The Germs como segundo guitarrista.)

En noviembre de 1993, la banda decidió cambiar de dirección y se sentó para una aparición en MTV Unplugged. Las sesiones revelaron la profundidad de la composición de Cobain, que a menudo había estado enterrada bajo la furia sónica del sonido de la banda. La selección de canciones también demostró los amplios intereses musicales de Cobain a través de su elección de covers. Se convirtió en un momento distintivo de la historia de Nirvana, magnificado por la tragedia que pronto seguiría.
A principios de 1994, la banda se embarcó en una gira europea. Aunque la gira comenzó bien, las actuaciones disminuyeron gradualmente, con Kurt luciendo aburrido y distraído durante los shows, particularmente durante la etapa italiana de la gira. Después de una parada de la gira en Terminal Eins en Múnich, Alemania, el 1 de marzo, Cobain fue diagnosticado con bronquitis y laringitis severas. El show de la noche siguiente en el mismo lugar fue cancelado. En la mañana del 4 de marzo, Love encontró a Cobain inconsciente y fue trasladado de urgencia al hospital. El médico dijo en una conferencia de prensa que el cantante había reaccionado a una combinación de Rohypnol recetado y alcohol. El resto de la gira fue cancelada, incluyendo una etapa planeada en el Reino Unido.
En las semanas siguientes, la adicción a la heroína de Cobain resurgió. Se organizó una intervención y Cobain fue convencido de ingresar a rehabilitación de drogas. Después de menos de una semana en rehabilitación, Cobain escaló la pared de las instalaciones y tomó un avión de regreso a Seattle. Una semana después, el viernes 8 de abril de 1994, Cobain fue encontrado muerto por un electricista en su casa de Seattle, disolviendo efectivamente a Nirvana.

Varios álbumes de Nirvana han sido lanzados desde la muerte de Cobain. El primero llegó en noviembre de 1994 con el lanzamiento de la actuación de la banda para MTV Unplugged, MTV Unplugged in New York. El álbum incluyó apariciones de miembros de Meat Puppets, así como covers de canciones de Meat Puppets, Lead Belly, The Vaselines y David Bowie.

Dos semanas después del lanzamiento de Unplugged in New York, se lanzó una compilación en video de actuaciones de Nirvana, titulada Live! Tonight! Sold Out!!. El propio Cobain había compilado una parte significativa del video, que documentó gran parte de la gira Nevermind. El metraje memorable del video incluía un infame incidente con un guardia de seguridad en un club de Texas en octubre de 1991, así como la actuación de la banda de "Aneurysm" vestidos con faldas en el Hollywood Rock Festival en Río de Janeiro, Brasil, en enero de 1993.
La intención original era lanzar el set de MTV Unplugged en un paquete de doble disco, junto con un segundo disco de material eléctrico en vivo para equilibrar el set acústico. Sin embargo, para los dos miembros supervivientes de la banda, clasificar el tesoro de grabaciones de Nirvana tan pronto después del fallecimiento de Cobain se volvió demasiado emocionalmente abrumador. El disco en vivo, una compilación de grabaciones de conciertos de Nirvana, finalmente se lanzó en octubre de 1996, titulado From the Muddy Banks of the Wishkah.

En agosto de 1997, el sitio web de noticias musicales en línea Wall of Sound informó que Grohl y Novoselic estaban organizando un box set de rarezas de Nirvana. Cuatro años más tarde, el sello de la banda anunció que el box set estaba completo y se lanzaría en septiembre para coincidir con el décimo aniversario del lanzamiento de Nevermind. Sin embargo, poco antes de la fecha de lanzamiento, Love presentó un interdicto para detener el lanzamiento del box set y demandó a Grohl y Novoselic, alegando que los excompañeros de banda de Cobain estaban secuestrando el legado de Nirvana para sus propios intereses personales. Lo que siguió fue una prolongada batalla legal sobre la propiedad de la música de Nirvana que duró más de un año.
Gran parte de la disputa legal se centró en una única canción inédita, "You Know You're Right", la última grabación de estudio de la banda. Grohl y Novoselic querían incluir la canción en el box set, esencialmente lanzando todas las rarezas a la vez. Love, sin embargo, argumentó que la canción era más importante que solo una "rareza" genérica, y debería incluirse en una compilación de grandes éxitos de un solo disco. Después de más de un año de maniobras legales a menudo públicas y a veces bizarras, las partes llegaron a un acuerdo, acordando el lanzamiento inmediato del paquete de grandes éxitos que incluía "You Know You're Right", titulado simplemente Nirvana. A su vez, Love acordó donar demos en casete grabados por Cobain para su uso en el box set.

El primer contacto de los fans de Nirvana con "You Know You're Right" se produjo a principios de 1995 cuando Love tocó una versión de la canción con su banda Hole en MTV Unplugged bajo el título "You've Got No Right". Una versión en vivo y en borrador de la canción interpretada por Nirvana en su concierto del 23 de octubre de 1993 en el Aragon Ballroom en Chicago apareció en los círculos de intercambio de cintas de Nirvana unos meses después. En los años que siguieron, los rumores de la existencia de una versión de estudio de la canción se perpetuaron a través de la base de fans de Nirvana y crecieron a proporciones casi míticas. Para los fans, la primera confirmación real de la existencia de la versión de estudio llegó en noviembre de 2001 cuando Access Hollywood emitió un clip de diez segundos de la canción como parte de una entrevista con Love. En mayo de 2002, varios clips más largos surgieron en Internet a través de una fuente desconocida, que afirmaba que planeaba lanzar la canción completa. Sin embargo, la fuente dio marcha atrás, temiendo acciones legales. A medida que el caso judicial se acercaba a su finalización en septiembre de 2002, la canción completa se filtró inesperadamente, días antes del anuncio del lanzamiento de Nirvana. Aunque la versión de estudio resultó ser un borrador con letras sin terminar, tanto fans como no fans adoraron la canción, lo que la llevó a convertirse en una de las canciones más reproducidas en la radio alternativa tanto en 2002 como en 2003.
Nirvana fue lanzado el 29 de octubre de 2002. Además de "You Know You're Right", el álbum contenía sencillos exitosos de sus tres álbumes de estudio, así como varias mezclas y grabaciones alternativas de canciones familiares de Nirvana. Tras su lanzamiento, muchos fans de mucho tiempo se quejaron de la selección de canciones, señalando que la versión alternativa de "Been a Son" (del EP Blew) no era la versión preferida de la banda, y que el disco carecía de canciones como "Sappy" (lanzada como "Verse Chorus Verse") que habían recibido una difusión radial significativa en Estados Unidos después de la muerte de Cobain.

Los fans fuera de Estados Unidos cuestionaron la inclusión de la versión Unplugged de "All Apologies" (en lugar de la versión single de In Utero) y la versión Bleach de "About a Girl" (donde la versión Unplugged fue un sencillo popular en 1994). Además, con una duración de menos de cincuenta minutos, ciertamente había amplio espacio para incluir otras canciones populares, como "Love Buzz", "Drain You", "Aneurysm" y "Where Did You Sleep Last Night?" (esta última incluida en algunos lanzamientos extranjeros del disco).

El box set, With the Lights Out, finalmente se lanzó en noviembre de 2004. El lanzamiento contenía una vasta variedad de demos tempranos de Cobain, grabaciones de ensayo en borrador y pistas en vivo grabadas a lo largo de la historia de la banda. Destacan para los fans serios de Nirvana las grabaciones de estudio sin terminar de "Old Age" y "Verse Chorus Verse" (diferente de "Sappy") grabadas durante las sesiones de Nevermind. Otra pista notable en el box set fue un demo acústico en solitario de una canción llamada "Do Re Mi", grabada por Cobain en su dormitorio. La canción demostró que incluso en la agitación de sus últimos días, Kurt todavía tenía el don de la melodía que había demostrado tantos años antes en canciones como "About a Girl".
Una compilación de lo mejor del box set titulada Sliver: The Best of the Box fue lanzada en el otoño de 2005. El CD compiló diecinueve pistas del box set más tres pistas inéditas, incluida una versión de la canción "Spank Thru" de la legendaria cinta de demo Fecal Matter de 1985. Según Rolling Stone, la hija de Cobain, Frances Bean, ayudó en la selección del título y la portada.

En una entrevista de 2002 con Jim DeRogatis, Love describió las innumerables cintas de ensayo, demos y grabaciones de dormitorio que quedaron después de la muerte de Cobain. Por ejemplo, una versión de cuatro pistas de "Do Re Mi" aparentemente fue grabada con Kurt en la batería, Pat Smear en la guitarra y Eric Erlandson en el bajo. Queda por ver si algo del archivo restante verá la luz.
En abril de 2006, Love anunció que había acordado vender el veinticinco por ciento de su participación en el catálogo de canciones de Nirvana en un acuerdo estimado en $50 millones. La parte fue comprada por Primary Wave Music, que fue fundada por Larry Mestel, un ex CEO de Virgin Records. Como Love controlaba el noventa y siete por ciento del catálogo de Nirvana, el acuerdo significaba que Mestel tenía una participación significativamente mayor que Grohl y Novoselic combinados. En una declaración adjunta, Love trató de asegurar a la base de fans de Nirvana que la música no sería simplemente licenciada al mejor postor, señalando: "Vamos a seguir siendo muy elegantes y fieles al espíritu de Nirvana mientras llevamos la música a lugares donde nunca ha estado antes". La licencia inicial incluyó el uso de "Breed" en comerciales para dos videojuegos, "Motorstorm" y "Major League Baseball 2K7".

En los años posteriores a la disolución de Nirvana, ambos miembros supervivientes se mantuvieron musicalmente activos. No mucho después de la muerte de Cobain, Grohl grabó una serie de demos que eventualmente se convirtieron en el álbum debut de Foo Fighters. Foo Fighters se convirtió en el proyecto principal de Grohl, lanzando varios discos de éxito comercial durante la próxima década. El álbum de Foo Fighters de 2005, In Your Honor, presentó una canción llamada "Friend of a Friend", que Grohl escribió en 1990 sobre sus primeros encuentros con Cobain y Novoselic.
Más allá de Foo Fighters, Grohl también tocó la batería para numerosas bandas, incluyendo Tom Petty and the Heartbreakers, Mike Watt, Queens of the Stone Age, Tenacious D y Nine Inch Nails. También grabó un álbum de canciones de metal con muchos de sus cantantes de metal favoritos de principios de los 80 bajo el nombre de Probot.
Después del final de Nirvana, Novoselic formó Sweet 75. Más tarde, fundó Eyes Adrift con Curt Kirkwood (ex de Meat Puppets) y Bud Gaugh (ex de Sublime). También actuó en una banda de una sola vez llamada No WTO Combo con Kim Thayil de Soundgarden y Jello Biafra de Dead Kennedys que coincidió con la Reunión de la OMC de 1999.

En diciembre de 2006, Novoselic reemplazó al bajista Bruno Desmartass en la banda Flipper para una gira por el Reino Unido/Irlanda y varios shows en Estados Unidos. La banda agregó "Scentless Apprentice" a su lista de canciones, una canción que habían versionado previamente (sin Novoselic) en el álbum tributo a Nirvana de 2000 Smells Like Bleach: A Punk Tribute to Nirvana.
Novoselic también se convirtió en un activista político, fundando el comité de acción política JAMPAC para impulsar los derechos de los músicos. En 2004, lanzó un libro titulado Of Grunge and Government: Let's Fix This Broken Democracy, que cubría su pasado musical, así como sus esfuerzos políticos. Durante la campaña presidencial de 2004, Grohl y Novoselic aparecieron juntos en el escenario en apoyo de la campaña de John Kerry.
Si bien Nirvana llegó a una conclusión repentina después de su show final en Múnich, los miembros restantes de la banda (incluido Pat Smear) ofrecieron una agridulce despedida a los fans de la banda. Al final de la actuación de Foo Fighters de 1997 en el festival Bumbershoot en Seattle, Grohl saltó detrás de la batería, con Novoselic deambulando por el escenario con el bajo en la mano. El trío (Grohl, Novoselic y Smear) ofreció una serenata a la entusiasta multitud con covers improvisados de "Purple Rain" de Prince y "Communication Breakdown" de Led Zeppelin. La corta actuación sirvió como un guiño alegre a Seattle y a todos los que apoyaron a Nirvana durante su corta, tumultuosa e inolvidable carrera.