Passé professionnel en 1952, Nino Assirelli a été équipier d'Ercole Baldini et de Pasquale Fornara. En 1953, il remporte la cinquième étape du Tour d'Italie, pour sa première participation à l'épreuve, après une longue échappée. L'année suivante, en 1954, il mène une nouvelle échappée avec le Suisse Carlo Clerici sur la sixième étape (Naples-L'Aquila), pour ce qui est l'une des plus célèbres fughe bidone de l’histoire du cyclisme. Devancé au sprint par celui-ci à l'arrivée, il se console néanmoins avec un gain de plus d'une demi-heure sur les favoris, qui lui permet de se classer troisième de ce Giro, derrière Clerici et Hugo Koblet, et juste devant son compatriote Fausto Coppi, quatrième.
Une fois sa carrière terminée, il prend la direction d'une magasin de pêche et de chasse à Forli avec son frère Alberto, lui aussi ancien cycliste professionnel. Il meurt dans cette commune le à 92 ans.
↑En italien on appelle fuga bidona une échappée qui ne semble pas dangereuse au reste des concurrents, qui ne s’aperçoivent que trop tard qu’elle est destinée à réussir
