東京都中野区の生まれ。テレビに映るタレントの姿に素直に憧れ、ホリプロの子役養成スクールでレッスンを受けたのち、2000年のTBSの昼帯ドラマ『ママまっしぐら！』で子役としてデビューする。次いで、同局『３年Ｂ組金八先生』の第６シリーズ01の生徒役に、最年少の13歳で選ばれレギュラー出演。３Ｂのムードメーカー“チュー”こと山越崇行を元気よく演じて注目される。以後もTBSのドラマに続けて起用され、『明智小五郎対怪人二十面相』01では名探偵・明智小五郎の助手・小林少年、ビートたけし原作『少年』02では家出中学生と、どんな少年役でも勘よくこなすジュニア俳優として活躍。03年の『GOOD LUCK!!』では主人公・木村拓哉の弟役に抜擢される。以後も、フジテレビ『ウォーターボーイズ２』04、TBS『H2／君といた日々』『ドラゴン桜』05などの学園ドラマで、頼りないが仲間思いの学生役が定番となる。映画初出演は05年の手塚昌明監督「戦国自衛隊1549」。実は物語の鍵を握っていた乱世の少年役を生き生きと好演する。07年の渡辺一志監督「キャプテントキオ」では、近未来の東京で暴れるロック好きの若者を好演するが、主な活躍の場はやはりテレビドラマで、同年の大阪・朝日放送『学問ノススメ』の予備校生役でドラマ初主演。成長とともに小柄で愛らしいイメージから脱皮していき、不良高校生たちが甲子園を目指す人気漫画をドラマ化したTBS『ROOKIES』08では、俊足のセンター・関川秀太を演じる。完結編となる平川雄一朗監督の劇場版「ROOKIES／卒業」09も大ヒットを記録し、中尾も全国区の人気者となった。映画の代表作は谷口正晃監督「時をかける少女」10の、自主映画の監督に打ち込む70年代の大学生・涼太役。未来から来たと言い張るヒロイン・仲里依紗に振り回されながら淡い恋を育てる涼太の純情を衒いなく演じ、原恵一監督のアニメーション「カラフル」10でも、主人公と仲のこじれた優等生の兄という損に思えそうな役に温かい血を通わせた。テレビドラマはほかに、TBS『ブラザー☆ビート』05、『セーラー服と機関銃』06、『99年の愛／JAPANESE AMERICANS』10、テレビ東京『14歳・千原ジュニア一人だけの闘い』09、NHK『まっつぐ・鎌倉河岸捕物控』10、フジテレビ『私が恋愛できない理由』11など。