Nachtigal studierte zunächst Medizin und wurde 1858 Militärarzt in Köln . Wegen einer Lungenerkrankung musste er sich südliche Gefilde begeben. Zunächst lebte er in ab 1863 in Tunis wo er als Arzt am Feldzug die aufständischen Stämme des Maghreb teilnahm und am Hof des Bej angestellt wurde.
Der Afrikareisende Gerhard Rohlfs wurde 1868 vom König von Preußen mit der von Geschenken an den Sultan von Bornu Rohlfs übertrug diese Aufgabe an Nachtigal. Der im Frühjahr 1869 von Tripolis aus auf hielt sich in Fessan auf und ging dann in das von keinem Weißen betretene Gebiet der Tibbu Land Tibesti .
Im Juli 1870 erreichte er Kuka bereiste die gegenden Kanem und Borku kehrte im Januar 1872 wieder nach Kuka zurück. Darauf wendete sich nach Bagirmi und in die damals vorhandenen Heidelandschaften die südlich der Stadt lagen. er im Herbst 1872 wieder nach Kuka war reiste er nach Wadai ging im 1873 von der Hauptstadt Abeschr bis zur Landesgrenze und gelangte im Jahr darauf nach Darfur . Im Sommer 1874 erreichte er Kordofan wenig später Khartum . Über Kairo kehrte er 1875 nach Deutschland zurück und verfasste in die Ergebnisse seiner Reisen. Er wurde als der Gesellschaft für Erdkunde und der Afrikanischen eingesetzt und trat 1882 in den deutschen Konsulardienst ein.
Zunächst wirkte er als deutscher Konsul Tunis ging im Frühjahr 1884 als kaiserlicher Kommissar an die Küste Oberguinea und setzte die deutsche Flagge am 5. Juli 1884 auf das Gebiet von Togo . Am 14. Juli stellte er Kamerun "unter deutschen Schutz".
Nachdem er am 8. April 1885 Kamerun verlassen hatte erkrankte er an der Möwe am Tropenfieber und starb an Bord 20. April. Am 21. April wurde er auf Kap Palmas begraben.
1888 wurden seine sterblichen Überreste nach Kamerun wo ihm beim ehemaligen Gouvernementsgebäude ein Denkmal ist.