Nordström war der Sohn von Anders Nordström und dessen Frau Britt-Louise (geborene Hellberg). Ab 1875 wurde er als Schüler der Zeichenschule an der Schwedischen Kunstakademie hauptsächlich von Edvard Perséus betreut. Von 1880 bis 1882 hielt er sich für Studien an verschiedenen Orten in Frankreich auf, wo er stark vom Impressionismus beeinflusst wurde. Unter anderem wohnte er zusammen mit anderen schwedischen Künstlern in der Künstlerkolonie Grez-sur-Loing. Erste beachtete Erfolge hatte Nordström 1886 am Pariser Salon mit seinen Gemälden Waldstück bei Grez und Freiluftporträt von Frau N. als Verlobte. Im selben Jahr heiratete Nordström die Künstlerin Tekla Lindeström und auch seine Tochter Elsa wurde später Malerin. Danach wohnte Nordström hauptsächlich auf Tjörn und im Stockholmer Stadtteil Djurgården, worauf sein Stil mehr ins Skandinavische tendierte. Nordström gehörte zu den Gründern des Schwedischen Künstlerverbandes und war 1896 bis 1920 dessen Wortführer.
Albin Hildebrand: Karl Fredrik Nordström. In: Svenskt porträttgalleri. Band20: Arkitekter, bildhuggare, målare, tecknare, grafiker, mönsterritare och konstindustrialister. Hasse W. Tullberg, Stockholm 1901 (runeberg.org).
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