Statunitense, nato il 10 febbraio 1971 in Pennsylvania, Nothstein è stato forse il migliore velocista sulla pista che gli Stati Uniti hanno saputo proporre dal dopoguerra.
Si è diplomato nel 1989, ha praticato in gioventù durante la scuola, la BMX, il football, il baseball e la lotta libera. Ha iniziato a praticare ciclismo nel 1987, e il suo debutto in una competizione internazionale risale al 1989, ai mondiali francesi di Lione. I primi risultati li ottenne nel 1993 ad Hamar in Norvegia, dove fu quarto nella velocità e secondo nel keirin.
La sua esplosione avvenne però l'anno dopo a Palermo dove vinse sia la velocità pura che il keirin.
Nel 1995 un infortunio gli impedì di essere al meglio per i mondiali e oltre al terzo posto nella velocità a squadre, fece 4° nel keirin e 6° nella velocità.
Nel 1996 ebbe una grande delusione alle Olimpiadi di Atlanta dove fu preceduto dal tedesco Fiedler che bissò il titolo di quattro anni prima a Barcellona. Sempre nel '96 vinse il mondiale del keirin e si piazzò 2° nella velocità.
Per le Olimpiadi dovette aspettare quattro anni e nel 2000 non mancò il bersaglio, aggiudicandosi il titolo nella velocità.
In seguito abbandonò le specialità veloci per specializzarsi nell'americana e nella corsa a punti. Negli ultimi anni ha corso su strada nel Team Navigators, e adesso gestisce vari incarichi federali.
Il suo soprannome era "the blade" (la lama) per il suo spunto negli ultimi metri che gli consentiva spesso di vincere di un soffio. E' sposato con Christie e vivono in Pennsylvania con due figli, Tyler e Devon.