Родился 8 июля 1892 г. (по старому стилю 26 июня 1892 г.) в селе Георгиевское Ливенского уезда Орловской губернии Российской империи (ныне село Калинино Ливенского района Орловской обл. РФ) в семье священника.
После окончания Ливенского духовного училища (ныне лицей имени С. Н. Булгакова, Ливны) посещал Орловскую семинарию, но не окончил ее. Против воли отца сдал экстерном экзамены за курс гимназии и в 1911 г. поступил на механическое отделение Санкт-Петербургского политехнического института императора Петра Великого (ныне Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого), который окончил в 1916 г. (специализация - "инженер-механик по паровым турбинам, двигателям внутреннего сгорания, системам отопления и вентиляции"). В 1914-1916 гг. занимался на курсах авиации и воздухоплавания при кораблестроительном отделении института.
Доктор технических наук (1940). Профессор Московского авиационного института, заведующий кафедрой конструкций самолетов (1943-1944).
Учебу в институте совмещал с работой техником-строителем (1912), помощником прораба (1913), инженером в петроградском филиале московского завода "Дукс" (1914-1915), инженером на авиазаводе Владимира Лебедева (1915) и др.
После защиты дипломного проекта в 1916 г. получил направление на авиационное отделение Русско-Балтийского вагонного завода (в 1915 г. предприятие эвакуировали из Риги в Петроград), где до 1918 г. работал заведующим производством под руководством авиаконструктора Игоря Сикорского. Участвовал в постройке самолета "Илья Муромец", проектировании истребителей РБВЗ.
После Октябрьской революции 1917 г. не принял предложение Сикорского эмигрировать вместе с ним, в марте 1918 г. перешел на работу во Всероссийскую коллегию по управлению Рабоче-крестьянским воздушным флотом. Вскоре коллегия была переведена в Москву и преобразована в Главвоздухфлот (ГУВФ). Николай Поликарпов занимался в этой организации вопросами снабжения, планирования и строительства авиационных заводов.
В августе 1918 г. перешел на завод "Дукс" (с конца 1918 г. - государственный авиационный завод №1, ныне АО "Ракетно-космический центр "Прогресс"), где до 1926 г. руководил техническим отделом. В 1923 г. создал первый советский свободнонесущий моноплан И-1 (Ил-400) и первый массовый серийный советский самолет, биплан-разведчик Р-1.
В 1926 г. возглавил Отдел сухопутного самолетостроения ЦКБ Авиатреста, ставший ядром будущего конструкторского бюро Поликарпова. В 1927 г. коллектив разработал истребитель И-3 и самолет первоначального обучения У-2 (после смерти Поликарпова переименован в По-2), годом позже - самолет-разведчик Р-5, который получил широкую известность в связи со спасением экспедиции парохода "Челюскин".
В 1928 г. Николай Поликарпов был назначен директором и главным конструктором госавиазавода №25.
24 октября 1929 г. Поликарпов был арестован по обвинению в участии в "контрреволюционной вредительской организации" и саботаже. Виновным себя не признал. В декабре того же года направлен в Особое конструкторское бюро (позднее - ЦКБ-39 ОГПУ), действовавшее сначала на территории Бутырской тюрьмы, а в 1930 г. переведенное на Московский авиазавод №39 им. В. Р. Менжинского. Продолжал разрабатывать воздушную технику совместно с Дмитрием Григоровичем - ими, в частности, был создал истребитель И-5.
В марте 1931 г. Николай Поликарпов был приговорен коллегией ОГПУ к десяти годам лагерей, однако 28 июня того же года, после успешного показа истребителя И-5 советским руководителям, коллегия ОГПУ постановила приговор считать условным. 7 июля авиаконструктора амнистировали. После освобождения он продолжал работать в ЦКБ-39, которое было введено в состав Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ).
В 1933-1938 гг. Николай Поликарпов участвовал в создании самолетов, составивших основу советской истребительной авиации в предвоенные годы - И-15 (1933), И-16 (1933), И-153 "Чайка" (1938), И-180 (1938). В ноябре 1935 г. прошел курс обучения в аэроклубе завода №39, где получил удостоверение гражданского пилота 4-го класса. В августе 1936 г. стал главным конструктором авиазаводов №84 (г. Химки, Московская обл.) и №21 (г. Горький, ныне Нижний Новгород).
После ареста авиаконструктора Андрея Туполева в 1937 г. Поликарпов был назначен главным конструктором авиазавода №156 (Завод опытных конструкций ЦАГИ), куда в январе 1938 г. переехало КБ Поликарпова.
15 декабря 1938 г. в первом испытательном полете разработанного Поликарповым истребителя И-180 погиб известный летчик Валерий Чкалов. На главного конструктора вина не возлагалась, был репрессирован ряд сотрудников бюро. В феврале 1939 г. Поликарпов был назначен главным конструктором авиазавода №1, туда же были переданы структурные подразделения его КБ.
Позднее в 1939 г., когда Николай Поликарпов находился в командировке в Германии, часть подразделений, включавшая ценные конструкторские кадры, была выведена из его КБ в новый Опытный конструкторский отдел под руководством Артема Микояна.
Оставшихся специалистов бюро перевели с завода №1 на созданный на территории бывшего Отдела эксплуатации, летных испытаний и доводок (ОЭЛИД) ЦАГИ авиазавод №51. Николай Поликарпов стал директором и главным конструктором ОКБ-51. Производственную базу ему пришлось создавать практически с нуля. В 1939-1944 гг. он занимался разработкой опытных самолетов - биплана И-190 (1939), моноплана И-185 (1941), биплана И-195 (1940), тяжелого истребителя сопровождения (ТИС, 1941) и др. Одной из последних работ конструктора был проект реактивного истребителя-перехватчика "Малютка".
В 1943 г. у Николая Поликарпова был диагностирован рак желудка, ставший причиной его смерти 30 июля в 1944 г. в Москве. Авиаконструктор похоронен на Новодевичьем кладбище.
После смерти Поликарпова конструкторское бюро возглавил Владимир Челомей. Усилия коллектива в дальнейшем были сконцентрированы на разработке первых в СССР крылатых ракет с воздушно-реактивными двигателями.
В 1956 г. Военная коллегия Верховного суда СССР отменила решение коллегии ОГПУ 1931 г. и полностью реабилитировала конструктора.
Николай Поликарпов разработал в общей сложности свыше 80 самолетов разных типов. В 1923-1940 гг. на авиазаводе №1 было построено более 15 тыс. самолетов его конструкции. Под руководством Поликарпова в разные годы работали будущие известные конструкторы советской авиационной и ракетно-космической техники - Артем Микоян, Михаил Янгель, Александр Потопалов, Всеволод Таиров и др.
Николай Поликарпов был депутатом Верховного Совета СССР первого созыва (1937-1946) от АССР Немцев Поволжья.
Николай Поликарпов был депутатом Верховного Совета СССР первого созыва (1937-1946) от АССР Немцев Поволжья.
Герой Социалистического труда (1940), был награжден двумя орденами Ленина (1935, 1940), орденом Красной Звезды (1937). Дважды лауреат Сталинской премии I степени (1941, 1943).
Памятники авиаконструктору и мемориальные доски установлены в Москве, Санкт-Петербурге, Орле, Ливнах. Музей действует в с. Калинино Орловской обл. Именем Поликарпова названы горный пик на Памире, площадь в Орле, улицы в Орле, Москве и Ливнах, аллея в Санкт-Петербурге, а также сухогрузный теплоход проекта 1557.