Родился 15 апреля 1886 г. в гор. Кронштадте (ныне в составе Санкт-Петербурга) в семье Степана Яковлевича (1836-1910) и Анны Ивановны Гумилевых (1854-1942). Отец происходил из семьи представителей духовенства, после окончания университета работал корабельным врачом. Мать, происходившая из старинного дворянского рода Львовых, получила домашнее образование. Занималась воспитанием детей – Николая и его старшего брата Дмитрия.
Осенью 1894 г. Гумилев поступил в Царскосельскую гимназию, но спустя несколько месяцев из-за болезни был переведен на домашнее обучение. Осенью 1895 г. семья переехала в Санкт-Петербург, и в следующем году Гумилев стал посещать занятия в гимназии Гуревича - одном из лучших частных средних учебных заведений города. В 1900 г. Гумилевы переехали в Тифлис (ныне - Тбилиси, Грузия), где Николай учился во Второй и Первой мужских гимназиях. В 1902 г. в издании "Тифлисский листок" было опубликовано первое стихотворение Гумилева "Я в лес бежал из городов…".
В 1903 г. семья возвратились в Царское Село. Николай Гумилев возобновил обучение в Царскосельской гимназии, после окончания которой в 1906-1908 гг. учился в Сорбонне (Парижский университет). В 1912 г. поступил на историко-филологический факультет Петербургского университета (ныне Санкт-Петербургский государственный университет), где изучал старофранцузскую поэзию. Не завершил образование в связи с участием в Первой мировой войне.
Николай Гумилев занимался исследованиями Африки. В 1909 и 1913 гг. он участвовал в экспедициях по восточной и северо-восточной частям этого континента. Возвратившись из последней экспедиции, Гумилев привез в Музей антропологии и этнографии (ныне Музей антропологии и этнографии им. Петра Великого, Кунсткамера, Российской академии наук) в Санкт-Петербурге богатую коллекцию артефактов.
В августе 1914 г. Николай Гумилев был зачислен добровольцем (вольноопределяющимся) в кавалерию. Вплоть до 1917 г. принимал участие в боевых действиях. Завершил службу в чине прапорщика.
Николай Гумилев считается одним из вдохновителей акмеизма - литературного течения, противостоявшего символизму и провозглашавшего материальность тематики и образов, а также стремление придать слову определенное, точное значение.
Выпустил поэтические сборники: "Путь конквистадоров" (1905), "Романтические цветы" (1908), "Жемчуга" (1910), "Чужое небо" (1912), "Колчан" (1916), "Костер" (1918), "Фарфоровый павильон" (1918), "Шатер" (1921), "Огненный столп" (1921). Ему принадлежат поэма "Мик" (1918), пьесы "Дон Жуан в Египте" (1912), "Игра" (1913), "Актеон" (1913), "Дитя Аллаха" (1920) и др. Также Гумилев был автором книг прозы: "Африканский дневник" (1913), "Записки кавалериста" (1914-1915), "Черный генерал" (1917). Он переводил на русский язык сочинения Теофиля Готье, Шарля Бодлера, Оскара Уайльда, Уильяма Шекспира и Генриха Гейне.
После возвращения с войны Николай Гумилев читал лекции о поэтическом творчестве в петроградском Институте живого слова (1918-1920). В 1921 г. являлся председателем петроградского отделения Всероссийского союза поэтов. С весны 1921 г. руководил студией "Звучащая раковина".
Живя в Советской России, Николай Гумилев не скрывал монархических взглядов. 3 августа 1921 г. он был арестован по подозрению в участии в антисоветском заговоре (дело "Петроградской боевой организации Владимира Таганцева") и вскоре осужден. В ночь с 25 на 26 августа на 36-м году жизни он вместе с 56 другими осужденными был расстрелян под Петроградом (ныне Санкт-Петербург). Точное место расстрела и захоронения поэта до сих пор остается неизвестным. Николай Гумилев был посмертно реабилитирован 30 сентября 1991 г. постановлением Судебной коллегии по уголовным делам Верховного суда РСФСР.
Был награжден Георгиевскими крестами III и IV степеней (1915, 1914), орденом святого Станислава III степени (1917).
Был дважды женат. Первая супруга - поэтесса Анна Ахматова (1889-1966). Их сын, Лев Гумилев (1912-1992), стал известным историком и востоковедом. Вторая супруга - актриса Анна Энгельгардт (1895-1942). Она и ее дочь Елена Гумилева (1919-1942) погибли во время блокады Ленинграда. Внебрачный сын - Орест Высотский (1913-1992), его матерью была актриса Ольга Высотская (1885-1966).