مرتضی‌خان نی‌داوود در اصفهان متولد شد و در کودکی به تهران آمد. از همان زمان، استعداد موسیقی او بروز یافت و پدرش بالا خان که خود اهل موسیقی بوده و با نوازندگی تار و تنبک آشنایی داشت، او را نزد رمضان ذوالفقاری که از شاگردان آقا حسینقلی بود، برد. مرتضی‌خان به مدت هفت ماه تحت تعلیم رمضان ذوالفقاری قرار گرفت و سپس نزد آقا حسینقلی رفت و به مدت دو سال و نیم از آموزش‌های او بهره مند شد. او بعد از آقا حسینقلی، نزد درویش‌خان موسیقی آموخت و پس از سه سال موفق به دریافت نشان «تبرزین طلایی» که درویش به شاگردان ممتاز خود اهدا می‌کرد، شد.
 
در اوایل سال ۱۳۰۴ به تأسیس کلاسی برای تدریس تار و ردیف موسیقی ایرانی مبادرت کرد و آن را به احترام استادش «درویش» نام‌گذاری کرد. پس از مرگ نابهنگام درویش‌خان به سال ۱۳۰۵ که بر اثر تصادف اتومبیل واقع شد، مرتضی‌خان، ادامه آموزش شاگردان استادش را نیز برعهده گرفت.
 
آشنایی مرتضی‌خان با قمرالملوک وزیری در یک محفل خصوصی، منجر به کشف یکی از بزرگ‌ترین استعدادهای آواز ایرانی شد که در ادامه به همکاری آن دو انجامید و قمر با آموختن از او بسیاری از آثار مشهور خود را چه در حوزه آواز و چه در حوزه تصنیف، همراه با تار مرتضی‌خان اجرا کرد. به طوری که بیشتر آثار قمر از سال ۱۳۰۳ به بعد همراه با تار مرتضی‌خان نی‌داوود اجرا شده ‌است.
 
پس از تأسیس رادیو در سال ۱۳۱۹ نی داوود به همکاری با رادیو پرداخت. او برای خوانندگان معروفی چون قمر، ادیب، ملوک ضرابی، بدیع‌زاده و بنان آهنگ ساخت یا همراه با آواز ایشان نواخت. در سال ۱۳۴۸، او اقدام به اجرا و ضبط حدود ۳۰۰ گوشه از ردیف موسیقی ایرانی نمود که خوشبختانه هم‌اکنون نیز موجود بوده و مورد استفاده هنرجویان قرار می‌گیرد.  
 
نی‌داوود در سال‌های پس از انقلاب نیز به فعالیت‌های موسیقی خود به صورت محدود ادامه داد. گو این که او قبل از انقلاب یعنی در سال ۱۳۵۵ به آمریکا مهاجرت کرد و در ۲ مرداد سال ۱۳۶۹ در سن 90 سالگی در سان فرانسیسکوی آمریکا درگذشت.
 
بخشی از مشهورترین آثار موسیقی دستگاهی ایران، که می‌توان به مثابه‌ی میراث ملی ایرانیان از آن‌ها نام برد، از ساخته‌های استاد مرتضی نی‌داوود است. پیش‌درآمد بیات اصفهان که بعدها با تنظیم استاد مرتضی حنانه در سریال «هزار دستان» مورد استفاده قرار گرفت و اقبال عامه یافت و تصنیف جاودانه «مرغ سحر» با کلام ملک‌الشعرای بهار جزو معروف‌ترین آثار او به شمار می‌آیند. این تصنیف به کرات توسط خوانندگان مختلفی اجرا شده و اجراهای استاد محمدرضا شجریان از این آهنگ باعث شهرت همگانی آن شده است. «آتش جاودان»، «بس کن ای دل» و «نرگس مست» در مایه‌های دشتی، بیات زند و شور نیز از دیگر تصانیف مشهور مرتضی‌خان هستند که با آواز قمرالملوک وزیری روی صفحات گرامافون ضبط شدند.
 
مرتضی‌خان، در شیوه نوازندگی، اگرچه تالی استادانش آقا حسینقلی و درویش‌خان است، اما اهل فن می‌دانند که او سبک و سیاقی ویژه و بی‌نظیر در نوازندگی دارد. مضراب‌های پر و در عین حال شمرده، جمله‌بندی‌های متنوع و کم نظیر و جواب آوازهای دقیق و در عین حال همراه با مقوله ی آواز از ویژگی‌های بارز سبک نوازندگی او به شمار می‌آیند.