Родился 14 сентября 1902 г. (по старому стилю 1 сентября 1902 г.) в гор. Иркутске.
В 1923 г. окончил Томский технологический институт.
Доктор технических наук (1962).
В 1928 г. работал в Москве конструктором в Центральном конструкторском бюро №39 морского самолетостроения под руководством авиаконструктора Дмитрия Григоровича. Принимал участие в разработке и испытаниях самолета-торпедоносца открытого моря ТОМ-1 (в серию не пошел).
В 1929 г. совместно с авиаконструктором Николаем Скрижинским и при поддержке Осоавиахима (Общество содействия обороне, авиационному и химическому строительству в СССР, ныне ДОСААФ России) Николай Камов создал первый в Советском Союзе двухместный автожир КАСКР-1 "Красный инженер". Авторы назвали летательный аппарат "вертолетом", впоследствии это слово полностью заменило в русском языке ранее использовавшийся термин "геликоптер". В 1930 г. была построена модификация КАСКР-2 с более мощным двигателем.
В конце 1931 г. Николай Камов возглавил конструкторскую бригаду по проектированию автожиров в Секции особых конструкций Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ). В 1934 г. под руководством авиаконструктора был создан боевой двухместный автожир А-7 для корректировки артиллерийского огня и разведки. В 1936 г. бригаду Камова перевели на авиазавод №156.
В начале 1940 г. Николай Камов занял пост директора и главного конструктора первого в СССР авиационного завода по проектированию и изготовлению автожиров - завода №290 в районе станции Ухтомская Казанской железной дороги (г. Люберцы Московской обл.).
С началом Великой Отечественной войны завод был эвакуирован в Свердловскую обл., где его расформировали в 1943 г. Конструктор продолжил изыскания по вертолетной теме в Бюро новой техники ЦАГИ в Москве, сделав ставку на вертолеты соосной схемы, которая обеспечивает высокую маневренность и хорошую управляемость при малых габаритах техники.
В 1947 г. под руководством Камова был построен экспериментальный одноместный соосный вертолет Ка-8 "Иркутянин" с мотоциклетным двигателем. "Летающий мотоцикл" принял участие в параде в честь Дня Военно-воздушных сил (ВВС) СССР, после чего главком Военно-морского флота (ВМФ) СССР Николай Кузнецов предложил авиаконструктору организовать бюро для разработки вертолета связи корабельного базирования.
В октябре 1948 г. Николай Камов стал руководителем главным конструктором опытного конструкторского бюро №2 (ОКБ-2), организованного при Государственном опытном заводе №3 (Москва). В 1951 г. ОКБ-2 было преобразовано в ОКБ-4 с переводом в подмосковное Тушино (ныне район Москвы). В 1955 г. бюро переименовали в ОКБ-938 и разместили на территории завода наземного авиационного оборудования близ платформы Ухтомская, где Камов строил автожиры еще в начале 1940-х гг. Коллектив бюро разработал теорию конструирования вертолетов соосной схемы и спроектировал целый ряд таких машин различного назначения.
Под непосредственным руководством Николая Камова на предприятии были созданы, в частности, одноместный корабельный вертолет Ка-10 (1949, в следующем году осуществил первые взлет и посадку с палубы крейсера "Максим Горький"); двухместный корабельный Ка-15 (серийно строился с 1956) и его многоцелевая модификация Ка-15М (1957); четырехместный пассажирский Ка-18 (1958); конвертоплан Ка-22 (1959); аэросани "Север-2" (1959); первый советский боевой корабельный вертолет Ка-25 (1961) для поиска и уничтожения атомных подводных лодок с баллистическими ракетами; транспортный Ка-25К (1967); многоцелевой Ка-26 (1967); корабельный Ка-27 (1973).
Николай Камов скончался 24 ноября 1973 г. в Москве на 72-м году жизни. Похоронен на Новодевичьем кладбище столицы.
Герой Социалистического труда (1972).
Был награжден двумя орденами Ленина (1962, 1972), двумя орденами Трудового Красного Знамени (1957, 1971), медалями. Лауреат Государственной премии СССР (1972).
В 1974 г. Ухтомскому вертолетному заводу было присвоено имя Николая Камова. С 2019 г. предприятие входит в состав АО "Национальный центр вертолетостроения им. М. Л. Миля и Н. И. Камова" госкорпорации Ростех. В честь авиаконструктора названы улицы в Москве, Люберцах, Улан-Удэ (Республика Бурятия) и Минске (Белоруссия), международный аэропорт Томска. Мемориальные доски размещены в Москве, Люберцах Иркутске на зданиях, где Камов жил и работал.