Родился 27 июля 1911 г. (по старому стилю 14 июля 1911 г.) в дер. Зырянка Пермской губернии Российской империи (ныне в составе Талицкого городского округа, Свердловская обл. РФ). Имя при рождении - Никанор, сменил в его на Николай в 1931 г.
Окончил в пос. Талица среднюю школу и лесной техникум. Еще в школе проявил исключительные способности к изучению иностранных языков, в частности эсперанто.
Работал лесоустроителем в Кудымкаре (Уральская обл., ныне в Коми-Пермяцком округе Пермского края), где начал сотрудничать с органами госбезопасности.
В 1934 г. переехал в Свердловск (ныне Екатеринбург). Работал в конструкторском отделе Уралмашзавода, учился на вечернем отделении рабочего факультета Уральского индустриального института, посещал курсы немецкого языка. По заданию Народного комиссариата внутренних дел (НКВД) изучал вероятные связи работавших в Свердловске немецких специалистов с гитлеровской разведкой.
После окончания института в 1938 г. был направлен в Москву. Участвовал в оперативной разработке немецких дипломатов совместно с сотрудниками отдела контрразведки центрального аппарата НКВД.
Вскоре после начала Великой Отечественной войны 1941-1945 гг. Николай Кузнецов подал рапорт с просьбой использовать его в "активной борьбе против германского фашизма на фронте или в тылу вторгшихся на нашу землю немецких войск". Прошел специальную подготовку и летом 1942 г. был заброшен в тыл противника для разведывательно-диверсионной работы на территории Ровенской и Львовской областей оккупированной Украинской ССР (ныне Украина).
Николай Кузнецов входил в состав оперативного отряда "Победители" под командованием полковника Дмитрия Медведева. Выдавая себя за обер-лейтенанта (позднее - гауптмана) вермахта Пауля Зиберта, Кузнецов действовал на оккупированных территориях, где по приказу командования ликвидировал ряд высокопоставленных чиновников и военных: имперского финансового советника Ганса Гелля, главу юридического отдела рейхскомиссариата Украина Альфреда Функа и др. Кроме того, Кузнецов организовал похищение командующего карательными войсками на Украине генерал-майора Макса Ильгена (позднее его расстреляли партизаны). В июне 1943 г. Николаю Кузнецову удалось добыть важную разведывательную информацию о подготовке немецкого наступления на Курской дуге. Он первым сообщил о подготовке покушения на лидеров СССР, США и Великобритании Иосифа Сталина, Франклина Рузвельта и Уинстона Черчилля на Тегеранской конференции.
25 декабря 1943 г. Николай Кузнецов был награжден орденом Ленина "за образцовое выполнение специальных заданий в тылу врага и проявленные при этом отвагу и мужество".
В самом конце 1943 г. он получил задание развернуть разведывательно-диверсионную работу в оккупированном нацистами Львове. После того как Кузнецов лично застрелил вице-губернатора Галиции Отто Бауэра и начальника канцелярии генерал-губернаторства Генриха Шнайдера, обстановка в городе осложнилась, и разведчик принял решение покинуть Львов.
В ночь на 9 марта 1944 г. Кузнецов вместе с двумя товарищами, Яном Каминским и Иваном Беловым, попали в засаду в селе Боратин Львовской обл. и были убиты украинскими националистами. В 1959 г. останки Николая Кузнецова были обнаружены в лесу близ места его гибели и в 1960 г. перезахоронены с воинскими почестями на львовском Холме Славы. В настоящее время обсуждается вопрос о переносе праха в Россию из-за неспособности украинской стороны обеспечить сохранность захоронения (в 2019 г. с могильной плиты был похищен бронзовый барельеф).
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 5 ноября 1944 г. Николай Кузнецов был посмертно удостоен почетного звания Героя Советского Союза и награжден вторым орденом Ленина.
Свободно владел различными диалектами немецкого языка, а также польским, коми-пермяцким, эсперанто.
В 1930-1931 гг. Николай Кузнецов был женат на Елене Чугуевой.