Николай Николаевич Михайлов родился в 1905 году в Москве. Окончил Московский промышленно-экономический институт (1930). Осенью 1931 года начал работать на кафедре экономической географии Московского института инженеров транспорта (МИИТ), впоследствии занимал должность заведующего кафедрой экономической географии МИИТа.
Еще во время учебы в институте Николай Михайлов опубликовал свой первый рассказ о путешествии на Кавказ, а в 1933 году увидела свет книга «Хан-Тенгри», повествующая о Тянь-Шаньской высокогорной экспедиции. Тогда же Максим Горький привлек его к сотрудничеству в журнале «Наши достижения».
Писатель-географ Николай Михайлов объехал почти весь Советский Союз от Каракумов до Северного полюса, участвовал в походах и экспедициях на Памир и Тянь-Шань, в послевоенные годы побывал и за рубежом. Его имя было хорошо знакомо советскому читателю по экономико-географическому очерку «Земля русская», «Повести о России» и другим произведениям.
Особое место в творчестве Михайлова занимает книга «Над картой Родины», неоднократно переиздававшаяся. Так, в предисловии к изданию 1954 года автор писал: «В первой пятилетке, 25 лет назад, я сделал первую попытку рассказать о том, как в руках творящего народа меняется лицо нашей страны. Эта тема такова, что, коснувшись ее, нельзя в конце рассказа поставить точку. Идея этой книги – быстрый рост страны, сильная изменчивость».
У Николая Михайлова было длительное заболевание глаз (пигментный ретинит), в связи с чем он потерял зрение. Но, несмотря на это, он успешно продолжал свою литературную и общественную деятельность.
Николай Николаевич Михайлов умер 5 марта 1982 года в Москве.