Родился 30 октября 1948 г. в с. Резино Усть-Таркского района Новосибирской области.
В 1972 г. окончил Новосибирский сельскохозяйственный институт (ныне Новосибирский государственный аграрный университет) по специальности "агроном", в 1995 г. - Академию народного хозяйства при правительстве РФ.
Кандидат экономических наук. В 1999 г. в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева защитил диссертацию по теме "Аграрная реформа и формирование многоукладной экономики в агропродовольственном комплексе".
После окончания института работал в Новосибирской области агрономом, управляющим отделением совхоза "Большевик" Мошковского района, директором совхоза "Галинский" (1972-1994).
Избирался депутатом сельского, районного, областного советов народных депутатов.
Член КПСС (до запрета партии в 1991 г.).
В 1990 г. был избран народным депутатом РСФСР по территориальному округу №530 (Новосибирская область). Входил во фракцию "Аграрный союз", депутатский блок "Народное единство". Был членом комитета по социальному развитию села, аграрным вопросам и продовольствию.
В феврале 1993 г. участвовал в создании Аграрной партии России (АПР), занял пост заместителя председателя партии Михаила Лапшина. Возглавил новосибирскую областную организацию АПР. Был также председателем Координационного комитета представителей трудовых коллективов агропромышленного комплекса Новосибирской области.
С 1993 г. - депутат Государственной думы РФ всех восьми созывов.
12 декабря 1993 г. был избран в Государственную думу РФ I созыва по Барабинскому одномандатному избирательному округу №124 (Новосибирская область). В Думе был заместителем председателя фракции Аграрной партии России, членом парламентского комитета по аграрным вопросам.
17 декабря 1995 г. вновь избран в Госдуму РФ II созыва от Аграрной партии России по Барабинскому одномандатному округу №124. На выборах получил 36% голосов избирателей. В ГД Николай Харитонов возглавил Аграрную депутатскую группу, был членом думского комитета по аграрным вопросам.
В преддверии очередных парламентских выборов 1999 г. в АПР начались разногласия между сторонниками Николая Харитонова, выступавшими за присоединение партии к избирательному списку КПРФ, и сторонниками председателя АПР Михаила Лапшина, которые высказывались за самостоятельное участие партии в выборах. В итоге в АПР произошел раскол: на внеочередном съезде партии большинством было принято решение присоединиться на выборах к блоку "Отечество – Вся Россия". В свою очередь группа Николая Харитонова в знак протеста покинула съезд и заявила о вхождении в блок с коммунистами.
На думских выборах 1999 г. Николай Харитонов был включен в общефедеральную часть списка КПРФ под девятым номером, одновременно баллотировался в Госдуму по Барабинскому одномандатному округу №124 Новосибирской области. 19 декабря 1999 г. он был избран депутатом Госдумы III созыва от Барабинского одномандатного округа (53,34%). В Госдуме возглавил Агропромышленную группу и вновь вошел в комитет по аграрным вопросам.
Выступал за сохранение сотрудничества Аграрной партии России с КПРФ. В связи с этим 20 мая 2000 г. было приостановлено членство Николая Харитонова в центральном совете АПР.
17 мая 2002 г. стал председателем Агропромышленного союза России, который объединил прокоммунистические аграрные организации. Возглавлял союз до июля 2005 г.
31 мая 2003 г. покинул руководящие посты в Аграрной партии.
На парламентских выборах 7 декабря 2003 г. вновь одержал победу в Барабинском одномандатном округе Новосибирской области (56,4%) и стал депутатом Государственной думы IV созыва. Вошел в состав фракции КПРФ и занял пост первого заместителя председателя думского комитета по аграрным вопросам.
В декабре 2003 г. был выдвинут КПРФ на выборы президента России: на съезде компартии за Николая Харитонова проголосовали 123 делегата, за его соперника - Геннадия Семигина - 105. На президентских выборах 14 марта 2004 г. Николай Харитонов набрал 13,69% голосов и занял второе место среди шести кандидатов на высший государственный пост. Президентом РФ был избран Владимир Путин (71,31%).
30 июня 2007 г. заявил о своем выходе из Аграрной партии России.
2 декабря 2007 г. избран в Государственную думу РФ V созыва по списку КПРФ (баллотировался под третьим номером общефедеральной части списка). Был членом фракции коммунистов, первым заместителем председателя думского комитета по аграрным вопросам.
В ноябре 2008 г. вступил в КПРФ и вошел в состав президиума ЦК партии.
4 декабря 2011 г. вновь стал депутатом Государственной думы. Был избран в Госдуму VI созыва по списку КПРФ, на выборах возглавлял региональную группу №26 от Краснодарского края. В ГД входил во фракцию КПРФ. С 21 декабря 2011 г. занимал пост председателя комитета ГД по региональной политике и проблемам Севера и Дальнего Востока.
18 сентября 2016 г. был избран депутатом Госдумы РФ VII созыва. Баллотировался в составе федерального списка КПРФ (возглавлял региональную группу №1, Республика Адыгея, Краснодарский край) и по Армавирскому одномандатному округу №52 (Краснодарский край). Был избран по Армавирскому округу, набрав 35,23%. Вновь возглавил комитет по региональной политике и проблемам Севера и Дальнего Востока (с 5 октября 2016 г.). Член фракции КПРФ.
С 2021 г. - депутат Государственной думы РФ VIII созыва. Избран 19 сентября 2021 г. от КПРФ по федеральному округу. Изначально шел на выборы под девятым номером общефедеральной части списка кандидатов от партии, однако после исключения из нее Павла Грудинина фактически баллотировался под восьмым номером. В нижней палате парламента вновь стал членом фракции КПРФ. С 12 октября 2021 г. - председатель комитета ГД по развитию Дальнего Востока и Арктики.
22 декабря 2023 г. пленум ЦК КПРФ рекомендовал Николая Харитонова в качестве кандидата от партии на президентские выборы, назначенные на 17 марта 2024 г. Предвыборный съезд партии 23 декабря 2023 г. выдвинул политика кандидатом от КПРФ на выборы президента РФ. 9 января 2024 г. Центризбирком РФ зарегистрировал Николая Харитонова в качестве кандидата в президенты России. По итогам голосования 15-17 марта 2024 г. занял второе место из четырех кандидатов с результатом 4,31% (3 768 470). Победил на выборах действующий президент РФ Владимир Путин (87,28%).
Полковник ФСБ в запасе (2000).
Герой Труда РФ (2023)[1]. Награжден орденами Александра Невского (2019), Дружбы (2014). Имеет благодарности президента (2009) и правительства (2019) РФ.
Отмечен медалью "За трудовую доблесть".
Заслуженный работник физической культуры РСФСР. Заслуженный работник сельского хозяйства РФ (2000).