Родился 27 февраля 1831 г. в Воронеже. Его отец, помещик Николай Осипович Ге, был внуком французского дворянина Матье де Ге, переехавшего в Россию в 1789 г. Мать, Елена Яковлевна Садовская, скончалась от холеры через три месяца после рождения сына.

Николай Ге провел детство в семейном имении Попелюхи (ныне село в Винницкой области Украины) и Киеве.
В 1840-1841 гг. учился в частном пансионе Петра Гедуэна в Киеве. В 1847 г. окончил Первую киевскую мужскую гимназию, после чего поступил на физико-математическое отделение Киевского университета. В 1848 г. перевелся на физико-математическое отделение Петербургского университета. Будучи его студентом, увлекся живописью.
В 1850 г. Николай Ге оставил университет и поступил в Императорскую академию художеств (ИАХ), где занимался под руководством профессора Петра Басина. В 1855 г. за картину "Ахиллес оплакивает Патрокла" получил малую золотую медаль ИАХ, в 1857 г. за произведение "Аэндорская волшебница вызывает тень Самуила" - большую золотую медаль ИАХ.

В 1857 г. окончил Академию художеств. В 1857-1863 гг. он, как медалист, был отправлен Академией в пенсионерскую поездку по Европе. В 1857-1859 гг. проживал в Риме (познакомился в этом городе с автором картины "Явление Христа народу" Александром Ивановым), в 1860-1869 гг. - во Флоренции. В Италии Николай Ге обратился к сюжетам из древнеримской истории, писал пейзажи. Творчество Александра Иванова вдохновило его на создание картин на евангельскую тематику (1863 - "Тайная вечеря", 1869-1880 - "Христос в Гефсиманском саду").
В 1870 г., вернувшись в Россию, Николай Ге стал одним из учредителей Товарищества передвижных художественных выставок ("Товарищество передвижников", крупнейшее российское художественное объединение второй половины XIX в.). До 1873 г. входил в состав его правления. В первой половине 1870-х гг. создал ряд произведений на тему отечественной истории (1871 - "Петр I допрашивает царевича Алексея в Петергофе", 1874 - "Екатерина II у гроба императрицы Елизаветы", 1875 - "Пушкин в селе Михайловском").
С 1876 г. проживал в собственном имении на хуторе Ивановском (ныне село Шевченко, Черниговская область Украины). Временно оставив творчество, занимался сельским хозяйством, участвовал в деятельности Черниговского губернского земства.
В начале 1880-х гг. Николай Ге сблизился с писателем Львом Толстым и поддержал ряд основных идей его религиозно-философской концепции, оформившейся в тот же период.
В поздний период творчества продолжил работу над евангельскими сюжетами (1889 - "Выход Христа с учениками в Гефсиманский сад", 1891 - "Иуда. Совесть", 1892 - "Суд Синедриона. Повинен смерти!", 1894 - "Распятие").
В 1890 г. неоднозначную реакцию вызвала картина Николая Ге "Что есть истина? Христос и Пилат", представленная в Петербурге на XVIII выставке "Товарищества передвижников". Из-за неканонической трактовки образа Христа она была запрещена церковной цензурой и снята с экспозиции.
Художник также неоднократно обращался к жанру портрета, изображая общественных деятелей (1867 - Александр Герцен), ученых (1870 - Николай Костомаров), писателей (1872 - Николай Некрасов и Михаил Салтыков-Щедрин, 1884 - Лев Толстой). Известность получил его автопортрет 1892 г.
Николай Ге скончался 13 июня (1 июня по старому стилю) 1894 г. на хуторе Ивановском на 64-м году жизни. Похоронен там же.

Был удостоен ордена святой Анны III степени (1872, "в награду особых трудов на художественном поприще").

Был женат на Анне Петровне Забеле (1831-1891). Сыновья - Николай (1857-1938) и Петр (1859-1939).