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남극을 탐험하며 많은 과학적 발견을 남긴 인물로 유명하다.

과학자이자 탐험가인 아돌프 에리크 노르덴시욀드의 조카로서 1894년 스웨덴 웁살라대학교에서 광물학과 지질학을 강의했고, 1895~97년에는 지질탐사단을 이끌고 남아메리카 남부로 갔다. 파타고니아와 티에라델푸에고에서의 그의 발견은 세계 빙하지질학에 크게 이바지했다.

1901년 10월 26일 '남극호'를 타고 예테보리를 떠나 다음해 2월 그레이엄 해안 앞바다 스노힐 섬에 남극기지를 세우고 5명의 동료와 함께 겨울을 보냈다. 이동안 티에라델푸에고에서 정동쪽으로 남위 54°에 있는 사우스조지아 섬에 정박해 있던 남극호는 1903년 2월 그들을 태우러 오던 길에 유빙(流氷) 무리에 갇혀 부서졌다. 노르덴시욀드 일행은 1903년 11월 아르헨티나의 배 '우루과이호'가 구조해줄 때까지 남극에서 또다시 겨울을 지내야 했다.

노르덴시욀드는 자신이 발견한 사실을 〈스웨덴 남극탐험의 과학적 성과 1901~1903 Wissenschaftliche Ergebnisse der schwedischen Südpolar-expedition 1901~1903〉(1905~20)로 출판했다. 그는 1905년 예테보리대학교 지리학 교수가 되었고, 1923년에는 이 학교 고등상과대학 초대학장이 되었다.