Родился 1 декабря 1950 г. в с. Верх-Суетка Благовещенского района (ныне - административный центр Суетского района) Алтайского края.
В 1973 г. окончил Алтайский государственный медицинский институт (с 1994 г. - университет; г. Барнаул) по специальности "лечебное дело" (квалификация - хирург).
Кандидат медицинских наук (1986).
В 1989 г. во Втором Московском государственном медицинском институте им. Н.И. Пирогова защитил докторскую диссертацию на на тему "Неотложная хирургическая помощь сельским жителям при острых заболеваниях органов брюшной полости в регионах с обширной территорией и малой плотностью населения".
Профессор (1992).
В 1997 г. был избран членом-корреспондентом Российской академии медицинских наук (РАМН), в 2002 г. - академиком РАМН.
Академик Российской академии наук (2013).
В 1973-1980 гг. - хирург, заведующий отделение, главный врач Благовещенской центральной районной больницы (пос. Благовещенка, Алтайский край).
С 1980 по 1985 г. работал в Алтайской краевой клинической больнице (Барнаул): заведующий отделением санитарной авиации, заместитель главного врача по хирургии.
В 1985 г. был назначен главным хирургом Алтайского края. В 1990-1995 гг. - председатель комитета по здравоохранению администрации Алтайского края.
Одновременно занимался преподавательской деятельностью. В 1992 г. был избран профессором кафедры факультетской хирургии Алтайского государственного медицинского института.
С 1992 по 1996 г. возглавлял межрегиональную ассоциацию "Здравоохранение Сибири", объединившую руководителей органов здравоохранения Алтайского и Красноярского краев, Новосибирской, Кемеровской и Томской областей. В 2000 г. организовал и возглавил кафедру основ законодательства в здравоохранении при факультете управления здравоохранением Московской медицинской академии им. И.М. Сеченова (ныне Первый Московский государственный медицинский университет им. И. М. Сеченова).
С 1995 по 2021 г. - депутат Государственной думы РФ II-VII созывов.
17 декабря 1995 г. был избран в Госдуму II созыва по Рубцовскому одномандатному избирательному округу №36 Алтайского края (выдвигался межрегиональной ассоциацией "Здравоохранение Сибири"). Набрал 32,26% голосов. В Думе входил в состав депутатской группы "Российские регионы", был председателем комитета по охране здоровья.
19 декабря 1999 г. избран в Госдуму III созыва по Рубцовскому одномандатному избирательному округу №36 Алтайского края. На выборах получил 61,64%. Был членом депутатской группы "Народный депутат", председателем комитета по охране здоровья и спорту.
7 декабря 2003 г. избран в Госдуму IV созыва по Алейскому одномандатному избирательному округу №35 Алтайского края, получив 54,04% голосов. Входил в состав фракции "Единая Россия", был заместителем председателя комитета по охране здоровья.
2 декабря 2007 г. избран в Госдуму V созыва по списку партии "Единая Россия" (второй номер в региональной группе №22; Алтайский край). Был членом фракции "Единая Россия", первым заместителем председателя комитета по охране здоровья.
4 декабря 2011 г. избран в Госдуму VI созыва по списку партии "Единая Россия" (четвертый номер в региональной группе №22; Алтайский край). Входил в состав фракции "Единая Россия", был первым заместителем председателя комитета по науке и наукоемким технологиям (январь - июль 2012 г.), затем первым заместителем председателя комитета по охране здоровья (с июля 2012 г.).
18 сентября 2016 г. избран депутатом Госдумы VII созыва по списку партии "Единая Россия" (пятый номер в региональной группе №6; Республика Алтай, Алтайский край, Кемеровская область, Томская область). Член фракции "Единая Россия".
24 октября 2019 г. Госдума дала согласие Генпрокуратуре на снятие депутатской неприкосновенности с Николая Герасименко (за - 329, против - трое, один воздержался). 23 июня 2019 г. депутат стал участником ДТП на Ленинском проспекте, сбив на своем автомобиле "Лексус" мотоциклиста. В отношении парламентария было возбуждено дело об административном правонарушении по ч. 2 ст. 12.24 КоАП ("Нарушение Правил дорожного движения, повлекшее причинение вреда здоровью потерпевшего средней тяжести"). 18 ноября Гагаринский суд Москвы лишил Герасименко права управления транспортным средством на срок 1 год и 6 месяцев.
Являлся секретарем регионального политического совета Алтайского регионального отделения Всероссийской политической партии "Единая Россия" (с июня 2007 г. по июль 2008 г.).
В течение ряда лет возглавлял российскую Ассоциацию медицинских обществ по качеству медицинской помощи и медицинского образования. Был вице-президентом Европейского парламентского форума по народонаселению и развитию.
Вице-президент общероссийской общественной организации "Общество врачей России". Член правления Российского общества хирургов, совета общероссийской общественной организации "Лига здоровья нации". Входит в состав редакционных советов и коллегий журналов "Здравоохранение Российской Федерации", "Экономика здравоохранения" и др.
Награжден орденами Почета (2000), "За заслуги перед Отечеством" IV степени (2011), медалью ордена "За заслуги перед Отечеством" II степени (2006), Почетной грамотой президента РФ (2014). Имеет благодарность правительства Рф (2018) и благодарственное письмо президента РФ (2018).
Имеет орден Русской православной церкви святого мученика Трифона (1999).
Награжден золотой медалью и почетным дипломом Всемирной организации здравоохранения "за выдающийся вклад дело борьбы с табаком", дипломом и памятным знаком Всемирной противораковой ассоциации в номинации "Государственный деятель, внесший выдающийся вклад в борьбу с табаком в Российской Федерации".
Академик Международной академии информатизации.
Заслуженный врач РСФСР (1991).
Является автором более 340 научных работ, в том числе 26 монографий, книг и учебных пособий. Среди них книги "Власть и здоровье нации: (Что ожидает Россию в XXI в.)" (1997), "Очерки становления современного российского законодательства в области охраны здоровья граждан" (2001), "Формирование политики в отношении табака и общественное здоровье в России" (2002; соавтор) и др.
Владеет английским языком.