Nuno Pinheiro fez a sua formação nas escolas de voleibol do Sporting de Espinho.

Para além deste, representou ainda outros clubes ao longo da sua carreira, nomeadamente o Vitória, o Noliko Maaseik (Bélgica), o Beauvais (França), o Poitiers (França) e o Tours VB (França). Ao serviço do Noliko Maaseik, foi finalista da Taça CEV (2008), conquistou dois Campeonatos Nacionais (2008 e 2009), três Taças (2007 a 2009) e três Super-Taças (2006, 2008 e 2009). Em França, foi duas vezes Campeão Nacional (2011 e 2013), venceu uma Taça (2013) e uma Super-Taça (2012).

Foi também internacional pela selecção nacional, fazendo parte da equipa que ficou em 8º lugar no Campeonato do Mundo de 2002.

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