Nils von Kantzow was de zoon van de officier en turnleraar Gustaf Ludvig von Kantzow (1849-1923) en zijn echtgenote Emma Hilda Julia Sandin (1858-1940). Hij studeerde op de Militärhögskolan Karlberg te Karlberg en kreeg onder meer van zijn vader les over topografie. Nils von Kantzow studeerde af in 1903 en nam dienst als vrijwilliger. Hij werd onderluitenant in 1905, luitenant in 1908 en kapitein in 1916.
In 1910 trouwde Nils von Kantzow met Carin Fock, dochter van een officier. Ze kregen in 1912 hun zoon Thomas. Het huwelijk verwaterde en bij een bezoek in 1920 aan haar zus raakte Carin von Kantzow verliefd op Hermann Göring, die daar toevallig was. Nils en Carin scheidden in 1922 en Thomas bleef bij zijn vader Nils.