N.-S. var ansatt som assistent hos arkitektene Morseth og Wiel-Gedde og hos arkitekt Arne Korsmo. Han utførte en del bygg etter endt utdannelse, best kjent er tre hus i rekke i Planetvn. 12, Oslo, utført sammen med Arne Korsmo, og Norges Varemesse samme sted, utført sammen med Jan Inge Hovig og Egil Mørck.
Det er som arkitekturteoretiker, som rådgiver og forfatter i de ledende arkitekturtidsskrifter N.-S. har skapt seg sitt ry. Flere av hans bøker er utgitt på mange språk. Innen arkitekturteoriens område har han gjort en banebrytende innsats, innledet av hans doktorarbeide ved Norges Tekniske Høyskole: Intentions in Architecture, og senere som lærer og foreleser ved høgskoler og universiteter. N.-S. var lærer ved Statens Håndverks- og Kunstindustriskole, Oslo 1951–56 og ble utnevnt til professor ved Arkitekthøyskolen i Oslo i 1966. Han var medredaktør av Bonytt 1959–61 og redaktør av Byggekunst 1963–78, og har bl.a. gjennom dette mer enn noen annen preget norsk arkitekturdebatt. N.-S. ble dr.techn. ved Norges Tekniske Høyskole i 1964. I 1974 var han Visiting Professor ved Massachusetts Institute of Technology, USA. N.-S. var elev av Sigfried Giedion, og dennes arkitekturforståelse har hatt stor betydning for ham. N.-S. har også oppholdt seg hos Mies van der Rohe i Chicago 1952–53 og studert hos Pier Luigi Nervi 1956–57. Gjennom dette har han blitt en formidler av vesentlige arkitekturimpulser til Norge.
