Николай Кузнецов родился 14 декабря (2 по старому стилю) 1850 года в селе Степановка Одесского уезда Херсонской губернии, в семье богатого землевладельца Дмитрия Михайловича Кузнецова и его жены Клавдии Гавриловны. В Одесской гимназии, где он учился, его знали как способного, но крайне ленивого ученика, не считающего образование важным для себя. Не закончив обучение, Николай оставил гимназию и поселился в Степановке, где занималсь, в основном, охотой. Его мать была крайне обеспокоена беззаботным времяпрепровождением взрослеющего сына. Она договорилась с другом семьи Фридрихом Фридриховичем Мальманом, преподавателем Одесской рисовальной школы, о занятиях с сыном. Уроки продолжались целый год, их результаты впечатлили и порадовали педагога, но Николай не настолько увлёкся живописью, чтобы думать о ней, как о главном деле своей жизни. Отец и дяди Николая были военными. Решив продолжить семейную традицию, он в 1877 году уезжает в Санкт-Петербург с намерением поступить в гвардейский уланский полк. Так случилось, что командир гвардейских улан, барон Эссен, был болен, и Николай не попал к нему на прием.
Под влиянием увлечения передвижными художественными выставками, Николай стал упражняться в живописи и в 1876 году он поступил вольнослушающим Императорскую Академию художеств. Он обучался (с перерывами) у П.П. Чистякова. За время обучения он получил три серебряных медали. В 1879 году по настоянию И.Н. Крамского и И.И. Шишкина Николай оставляет Академию и возвращается в Степановку, где вместе с Афанасием Размарицыным, продолжает заниматься живописью (1880–1882).
Свою будущую жену Анну (Ганну) Проценко, дочь отставного прапорщика, Николай Дмитриевич встретил в Степановке, куда она приехала на полевые работы вместе с другими «наймытами» из Волынской губернии. Официально Николай венчался с А.Г. Проценко в Единоверческой Успенской церкви Одессы 5 февраля 1888 года их брак был оформлен когда у них было уже двое детей. Одним из свидетелей был Кирияк Костанди. В 1880 году Николай побывал в Германии и Франции, где познакомился с И.П. Похитоновым. В 1880-х годах Кузнецов знакомится со многими представителями культурной элиты: с Саввой и Елизаветой Мамонтовыми, художниками Валентином Серовым, Ильёй Репиным, Василием Поленовым, Леонидом Пастернаком. В это же время он становится членом Абрамцевского художественного кружка. Николай стал одним из учредителей Товарищества южно-русских художников (ТЮРХ) и постоянным участником его выставок (1887). В этом же году вместе со своим младшим братом Д.Д. Кузнецовым и К.К. Костанди он совершают поездку по Европе. После несчастного случая в 1889 году Николаю пришлось ходить на костылях, поэтому он полностью работал в студии в своем поместье, которая стала местом встреч творческого сообщества. В 1893 году, несколько поправившись, он перенес свою студию в Одессу и начал выставляться. Два года спустя ему предложили должность профессора в Императорской академии, где он преподавал батальную живопись, но в 1897 году ушёл, чтобы вернуться в Одессу. В 1900 году Николай стал академиком и членом Передвижников. Николай Кузнецов создал галерею портретов выдающихся современников: И.П. Похитонова (1882), И.Е. Репина (1885), В.Д. Поленова (1888), В.М. Васнецова (1891), П.И. Чайковского (1893), А.Н. Бенуа (1897), Ф.И. Шаляпина (1903) и других. Из его картин более других обращали на себя внимание: «Объезд владений», «Малороссиянка, отдыхающая на траве» (или «В праздник»), «Охота с борзыми», «После обеда», «Ключница», «Стадо свиней», «Прогулка в деревне», «Старый помещик», «Стадо волов», «Мировой посредник», «Натаскивание собак», «Спящая девочка». Обладая незаурядными физическими данными, Кузнецов послужил прототипом изображённого на картине Ильи Репина «Николай Мирликийский избавляет от смерти трёх невинно осуждённых» палача, а также старшего сына Тараса Бульбы – Остапа (казак с перебинтованной головой) на картине «Запорожцы пишут письмо турецкому султану».
Революцию Николай Кузнецов не принял, он не видел места для себя в постреволюционной России и в 1920 году он эмигрировал. Николай поселился в Королевстве сербов, хорватов и словенцев, где осела тогда значительная часть российских эмигрантов. В эмиграции Николай жил в городах Вжеш, Бела-Церква, Риека и Сараево, писал в основном заказные портреты.
Николай Кузнецов начал выставлять свои произведения с 1881 году на выставках товарищества передвижных художественных выставок, выставлялся на Всемирной выставке в Париже в 1900 году. Николай участвовал в Выставке русской живописи и скульптуры в Бруклинском музее (1923) и Выставке Объединения русских художников в Королевстве сербов, хорватов и словенцев (1928).
Произведения Николая Кузнецова находятся во многих музейных собраниях, среди них — Государственная Третьяковская галерея, Государственный Русский музей, Одесский художественный музей, Национальном музее в Белграде и другие.
Николай Кузнецов скончался 2 марта 1929 года в Сараево.
