Казимир Нестор Сапега родился в Бресте 14 февраля 1757. Он был единственным сыном Яна Сапеги и Эльжбеты Браницкой. Вскоре после рождения Казимира его отец умер, воспитанием мальчика занимались мать и дядя Франтишек Ксаверий Браницкий.
Первоначальное образование Казимир Сапега получил в рыцарской школе в Варшаве, затем учился в Турине, Париже и Страсбурге. В 1772 году он получил патент на полковника артиллерии, а в 1773 году благодаря протекции своего дяди стал генералом артиллерии Великого Княжества Литовского.
В 1776 году, вернувшись из путешествия по Европе и Франции, где он изучал артиллерийское дело, Сапега решил заняться также и государственной деятельностью. Неоднократно его избирали послом от Бреста на соймы. В 1778 году Казимир Сапега - депутат в военном департаменте Постоянного Совета (высший административный орган Речи Посполитой с 1775 по 1789 год). А в 1779 году он стал кавалером Ордена Белого Орла (Высшая государственная награда Речи Посполитой, а затем и Польши).
Во время «Великого сейма», с 1788 по 1792, Казимир Сапега стал своего рода рекордсменом по числу выступлений за этот период, поскольку хорошо владел ораторским искусствомВыступал он в традиционной одежде и отвергал модные на тот момент французские наряды. Выступал против проекта военной реформы короля Речи Посполитой Станислава Понятовского, а также наследования трона в Речи Посполитой и ограничения избирательного права обедневшей шляхты.
15 января 1790 года Казимира Нестора Сапегу назначили начальником Корпуса инженерного войска ВКЛ. В этом же году он возглавил седьмой полк пехотных литовских войск, созданных из Гродненского батальона, который формировался из рекрутов Ошмянского, Трокского и Виленскогого паветов. Стремился реформировать литовскую артиллерию, которая за первую половину XVIII века пришла в упадок. Он увеличил штат корпуса артиллерии, основал новую пушечную литейную мастерскую в Вильно и за свои собственные средства увеличил арсенал ВКЛ.
В 1791 году Казимир Сапега стал одним из создателей конституции Речи Посполитой, изданной 3 мая того же года. Выступил против Тарговитской конфедерации. После поражения в войне, в которой его артиллерийский корпус потерял боеспособность и более 200 пушек, а потом после второго раздела Речи Посполитой, он отказался от пожизненной должности генерала артиллерии ВКЛ.
В 1794 году Сапега принимал непосредственное участие в подготовке восстания под командованием Тадеуша Костюшки за независимость Речи Посполитой против Российской империи. Он занимался мобилизацией войск во Львове, Люблине и Бресте. Однако отказался возглавить повстанческое движение в Литве и принимал участие в боях как капитан артиллерии. В июне 1794 году принял участие в битве под Солами. В августе того же года отличился мужеством при обороне Вильно. Ему удалось силами городских ремесленников отремонтировать пушки, в том числе старые из Виленского арсенала. Сформировав из городских пушек батареи и расположив их на укреплениях, он прикрывал Зеленый Мост. Смог подавить российскую артиллерию и принудить противника отступить. В августе того же года, за собственные средства, выставил в повстанческие войска хорошо экипированный конный полк.
После поражения в войне за независимость Казимир Нестор Сапега эмигрировал в Европу. Он умер в Вене, 25 мая 1798. До нашего времени сохранились экземпляры артиллерийского оружия ВКЛ, на которых изображен герб Речи Посполитой и родовой герб Сапег «Лис», а вокруг них размещаются надписи, содержащие аббревиатуру имени Нестора Сапеги и его титулов.