Niels Thomessøn var en av Norges lærdeste humanister; han hadde omfattende studier bak seg før han kom hjem og ble rektor og prest. Hans meget spesielle latinske rebusbok fra 1661 vekker interesse også i dag.
Foreldrenes bryllup 1594 var storslagent og omtales i biskop Jens Nilssøns visitasbøker; biskopen selv viet dem. Da Niels avsluttet sin skolegang på Oslo skole, skrev rektor Trugels Nielssøn en varm anbefaling slik at Niels fikk stipend av domkapitlet. Han studerte en tid i København, så i Rostock og deretter i Leiden. 1630 kom han til Wittenberg.
Samme år døde Niels' far, sognepresten i Christiania, i pest. Sønnen Sevald, rektor ved byens skole, tok over, og Niels ble kalt hjem for å overta rektorstillingen. Nå var det slutt på studier og utenlandsopphold, bortsett fra at han 1633 tok magistergraden i København. Niels var rektor til 1636, da han ble suspendert på grunn av injurier: Han var kommet i strid med svogeren Oluf Boesen, den senere biskop i Christiania, som var enkemann etter hans søster Malene. Injuriesaken gikk for Christiania domkapittel.
Samme år var Niels Thomessøn så heldig å bli utnevnt til sogneprest på Toten, et svært godt kall. Fra 1652, da han ble prost over Hadeland, deltok han i rettssaker og hyllinger. Et klageskrift fra Toten-bøndene, skrevet på hans prestegård, vitner om at han støttet folket i deres daglige strev.
Niels ble i kallet resten av livet, men var suspendert en periode for å ha utgitt et opposisjonelt skrift utenom sensuren i København. Dette skjedde 1660, året da eneveldet ble innført. Det gikk ut kongebrev om at Niels skulle suspenderes og stilles for retten. Hva som videre skjedde, er uklart, og skriftet, Guds Lif, er tapt. Tapt er også andre arbeider som bekrefter at Niels var samfunnskritisk, bl.a. et arbeid om Hvor mange måter en dommer kan korrumperes på. En annen tittel, Gemebunda Norvegiæ columba ('Norges sukkende due') tyder på en oppgitthet over Norges stilling som nasjon. Også et teologisk arbeid er tapt, en oversettelse av Christian Arndts Vier Bücher vom wahren Christentum, utført på oppfordring av stattholder Christoffer Urne.
Hva vi har, er, foruten hans latinske rebusbok, bare et studentarbeid fra Leiden og et leilighetsdikt til romedalspresten Christen Staphensøn Bang i hans store katekismeforklaring. Rebusboken, Cestus sapphicus, er tilegnet arveprinsen (den senere kong Christian 5). Tittelen betyr “et kjærlighetsbelte i sapfisk versemål” og henspiller på det sentrale diktets tema: ekteskapet. Diktet består av 31 strofer, der i alt 213 rebusbilder erstatter deler av ord. Strofene i denne påkostede boken er vakkert fremstilt ved kobberstikk av prestekunstneren Didrik Muus. Til hver strofe hører forklarende kommentarer, der kildehenvisninger trekker linjer til antikkens diktning og samtidens forskning. Diktet omhandler ekteskapet, men også dagliglivet på landet. Rebusene forklares gjennom en fasit, der løsningen av hvert bilde gis på latin og i oversettelse – noen ganger til både dansk og norsk.
Niels begrunner i sin innledning hvorfor også lærde mennesker har behov for avkobling, og viser at hans bok er ment som underholdning. Dette har ikke vært forstått av forskningen etter at Francis Bull i Norges litteraturhistorie (1928) plasserte Cestus sapphicus som en lærebok i latin. Men i de senere årene har boken møtt større interesse, også internasjonalt.
Niels' rebuser er laget på basis av et avansert sett med retningslinjer som presenteres innledningsvis; det dreier seg bl.a. om forholdet mellom ord og bilde. Både rebusene og retningslinjene er svært avanserte i forhold til samtidige europeiske rebuser; boken er et glemt, men viktig stykke norsk kulturarv.
Niels Thomessøn var gift med Anne, datter av borgermesteren i Fredrikstad. Paret hadde ikke barn. 1662 døde Niels og ble gravlagt i Hoff kirke. Hans portrett der inngår i en unik presterekke helt fra før reformasjonen.