NicolaBagnolini ha iniziato a giocare a calcio, nel settore giovanile del Cesena, all'età di 10 anni e il suo trasferimento a Bologna è avvenuto nel 2018. Il suo primo contratto da professionista è stato firmato poco prima della pandemia nel dicembre 2020 e da lì è iniziata la sua salita verso la prima squadra. Colonna portante delle squadre giovanili rossoblù fino alla Primavera, Bagnolini ha poi bagnato il suo debutto da professionista il 21 maggio 2022 nella vittoria per uno a zero in trasferta contro il Genoa quando ha sostituito FrancescoBardi.
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