Родился 9 мая 1958 г. в д. Чедино Мариинско-Посадского района Чувашской АССР (ныне - Чувашская Республика) в многодетной чувашской семье.
В 1980 г. с отличием окончил юридический факультет Казанского государственного университета им В. И. Ульянова-Ленина (ныне Казанский, Приволжский, федеральный университет) по специальности "юриспруденция", в 1985 г. - аспирантуру Института государства и права Академии наук СССР.
Кандидат юридических наук. В 1985 г. в Институте государства и права защитил диссертацию на тему "Правовая политика Советского государства (вопросы истории, теории, практики)".
Доктор экономических наук. В 2003 г. в Санкт-Петербургском университете экономики и финансов защитил диссертацию на тему "Стратегическое планирование регионального социально-экономического развития".
Профессор.
После окончания вуза в 1980 г. по распределению вернулся в Чувашию. Был ассистентом, преподавателем в Чувашском государственном университете им. И. Н. Ульянова. Через два года поступил в аспирантуру Института государства и права Академии наук СССР. Защитив ученую степень кандидата наук, вернулся в Чувашский госуниверситет. Преподавал советское право и научный коммунизм. С 1985 по 1989 г. - старший преподаватель кафедры научного коммунизма.
Был членом КПСС с 1982 г.
С 1989 по 1991 г. - народный депутат СССР. Был избран по национально-территориальному избирательному округу №681 Чувашской АССР. Входил в Межрегиональную депутатскую группу (сопредседатели Борис Ельцин, Юрий Афанасьев, Гавриил Попов, Андрей Сахаров и др.). В 1989-1990 гг. - член Совета национальностей Верховного Совета СССР, председатель подкомитета комитета по вопросам законодательства, законности и правопорядка. Выступал за исключение из 6-й статьи конституции СССР упоминания о руководящей роли КПСС, против сохранения слова "советский" в названии государства, против введения моратория на забастовки в 1991 г. и др.
В 1990 г. отклонил предложение президента СССР Михаила Горбачева войти в Комитет конституционного надзора, заявив, что хочет заниматься политикой.
В 1990-1993 гг. - министр юстиции РСФСР/РФ. С 14 июля 1990 г. работал в правительстве Ивана Силаева. В сентябре 1991 г. выступил за отставку последнего с поста председателя Совмина РСФСР. В ноябре 1991 г. вошел в состав кабинета Бориса Ельцина. В июне 1992 г. сохранил пост главы Минюста после назначения и. о. председателя правительства Егора Гайдара. С декабря 1992 г. работал в кабинете министров Виктора Черномырдина.
В 1991 г. стал членом Государственного совета, созданного президентом РСФСР Борисом Ельциным.
В августе 1991 г. в связи с попыткой госпереворота, организованного ГКЧП, в который вошли представители высшего советского и партийного руководства, вышел из КПСС.
В 1992-1993 гг. - член Совета безопасности РФ (секретарь - Юрий Скоков). Возглавлял межведомственную комиссию Совбеза по республикам Северного Кавказа, а также правительственную комиссию по разрешению межнациональных конфликтов и комиссию по реабилитации репрессированных народов Карачаево-Черкесии.
24 марта 1993 г. подал в отставку с поста министра юстиции в знак протеста против указа Бориса Ельцина "Об особом порядке управления страной", который фактически вводил в России президентское правление.
После ухода с госслужбы был обозревателем "Общей газеты", занимался адвокатской практикой, возглавлял Московскую городскую коллегию адвокатов.
В августе 1993 г. вернулся к политической деятельности. Возглавил общественный комитет "Согласие ради Отечества", созданный Юрием Скоковым, Николаем Травкиным и др. Комитет выступал против реформ правительства Виктора Черномырдина. В сентябре того же года подписал т. н. Программу 14 (вместе с Сергеем Глазьевым, Егором Яковлевым, Григорием Явлинским и др.). Документом предлагалось провести досрочные выборы парламента и президента РФ для разрешения конфликта между исполнительной и законодательной властью, однако эта инициатива не была реализована.
В декабре 1993 г. баллотировался одновременно в Государственную думу РФ I созыва от Демократической партии России (ДПР) Николая Травкина и на пост президента Чувашской Республики (пост был учрежден Верховным советом Чувашской ССР 29 августа 1991 г.; с 2012 г. - глава республики).
12 декабря 1993 г. был избран депутатом Госдумы РФ I созыва по списку ДПР (четвертый номер общефедеральной части списка кандидатов), включен в состав думского комитета по обороне. Однако уже в начале февраля 1994 г. сложил с себя депутатские полномочия в связи с избранием главой Чувашии.
В 1994–2010 гг. - президент Чувашской Республики. Во втором туре выборов 26 декабря 1993 г. набрал 55,1% голосов избирателей, одержав победу над своим ближайшим соперником, президентом Академии наук Чувашии, народным депутатом Львом Кураковым, за которого проголосовали 38,8%. Доверенными лицами Федорова на выборах выступали Юрий Скоков и режиссер Станислав Говорухин. Инаугурация первого избранного президента Чувашии состоялась 21 января 1994 г.
28 декабря 1997 г. он был переизбран на пост главы республики, получив на выборах 56,70% голосов. Второе место занял председатель Госсовета Чувашии Валентин Шурчанов - 34,85% (оба баллотировались от групп избирателей; на выборах Федорова поддерживали "Яблоко" и "Наш дом - Россия"). Вступил в должность 12 января 1998 г. На выборах 16 декабря 2001 г. Николай Федоров набрал 40,73%, его основной соперник - Валентин Шурчанов, депутат Госдумы, первый секретарь Чувашского комитета КПРФ, - получил 37,73%. 28 декабря 2001 г. состоялась церемония вступления в должность главы республики.
29 августа 2005 г. депутаты Государственного совета Чувашии утвердили Николая Федорова в должности главы республики по представлению президента РФ Владимира Путина. В тот же день состоялась инаугурация. По истечении пятилетнего срока полномочий Николая Федорова республику 28 июля 2010 г. возглавил Михаил Игнатьев, занимавший до этого пост главы кабинета министров Чувашии.
Одновременно с исполнением полномочий президента Чувашской Республики Николай Федоров в 1995-2001 гг. являлся членом Совета Федерации РФ по должности (как глава субъекта РФ). С 1995 г. входил в сенатский комитет по международным делам. В июне 1999 г. перешел в комитет по конституционному законодательству и судебно-правовым вопросам, а с июня по декабрь 2001 г. был заместителем председателя данного комитета. Был также членом комиссии по юридическим вопросам и правам человека и специальной комиссии по Чечне Парламентской ассамблеи Совета Европы.
В 2006 г. вступил в партию "Единая Россия", вошел в ее высший совет (был членом совета до декабря 2021 г.).
С 22 сентября 2010 г. по 21 мая 2012 г. - член Совета Федерации РФ - представитель от исполнительного органа госвласти Чувашской Республики. С ноября 2011 г. был председателем комитета Совфеда по конституционному законодательству, правовым и судебным вопросам, развитию гражданского общества. Полномочия сенатора прекратил досрочно 21 мая 2012 г. в связи с переходом на госслужбу.
С января 2011 г. являлся представителем РФ в Парламентской ассамблее Совета Европы (г. Страсбург, Франция).
С мая 2011 г. по май 2012 г. - председатель совета директоров фонда "Институт социально-экономических и политических исследований". В 2012 г. возглавлял попечительский совет фонда.
С 21 мая 2012 г. по 22 апреля 2015 г. - министр сельского хозяйства РФ в правительстве Дмитрия Медведева.
В апреле 2015 г. перешел на работу в Администрацию президента РФ Владимира Путина. С 22 апреля по 28 сентября 2015 г. занимал пост советника главы государства, курировал вопросы развития агропромышленного комплекса.
С 2015 г. - член Совета Федерации РФ (сенатор) от Чувашской Республики. 21 сентября 2015 г. глава Чувашии Михаил Игнатьев наделил Николая Федорова полномочиями сенатора, представителя от исполнительного органа государственной власти республики. 22 сентября 2020 г. его полномочия были подтверждены новым главой Чувашской Республики Олегом Николаевым.
С 30 сентября 2015 г. по 23 сентября 2020 г. - первый заместитель председателя Совета Федерации РФ Валентины Матвиенко. В 2020 г. не стал выдвигать свою кандидатуру на пост первого вице-спикера Совфеда. 23 сентября 2020 г. первыми заместителями главы верхней палаты стали Андрей Турчак и Андрей Яцкин (в СФ были введены две должности первого вице-спикера палаты).
Государственный советник юстиции РФ (1992).
Награжден орденами Почета (2008), "За заслуги перед Отечеством" IV и III степеней (1998, 2003), Александра Невского (2017). Имеет благодарность правительства РФ (2019).
Лауреат Государственной премии РФ в области науки и техники 1999 г. "за возрождение исторической части столицы Чувашии – города Чебоксары".
Имеет также ордена Преподобного Сергия Радонежского I степени и Святого князя Даниила Московского I степени Русской православной церкви.
Почетный гражданин Чувашской Республики (2003). Удостоен ордена "За заслуги перед Чувашской Республикой" (2010).
Почетный строитель России (1997).
Лауреат Всероссийской юридической премии "Фемида", Всероссийской общественной премии "Российский национальный Олимп" (присвоен почетный титул "Президент года — 2001") и др.
Автор книг "Российская экономика на современном этапе" (1999), "Российская экономика: пути ее трансформации" (2002), "Образование – основа для решения социально-экономических проблем" (2006), "Чувашия из будущего и для будущего" (2009), мемуаров "В ответе навсегда" (2012) и др.
Владеет немецким языком.