Родился 25 февраля 1982 г. в селе Бердюжское Ишимского уезда Тобольской губернии (сейчас село Бердюжье Омской области) в крестьянской семье. Окончил Ишимское духовное училище, поступил в Тобольскую духовную семинарию, однако бросил духовное образование и уехал в Санкт-Петербург. Здесь сдал экзамены на аттестат зрелости и в 1911 г. поступил на историческое отделение историко-филологического факультета Санкт-Петербургского университета. Одновременно работал преподавателем, экскурсоводом в Российском археологическом обществе. Занимался археологическими изысканиями в Прииртышье. В 1917 г. Бортвин закончил университет, после Октябрьской революции приехал в Курган, где жила его сестра. В 1919 г. Н.Н. Бортвин был мобилизован в колчаковскую армию. Был ранен в бою под городом Касли. После восстановления Советской власти работал в Кургане в различных учреждениях, с 1920 по 1922 гг. заведовал Курганским музеем, по сути создал в нём отдел родного края, вёл активную деятельность, устраивал выставки, читал лекции, организовывал археологические экспедиции Являлся создателем Общества краеведения, изучения Курганского округа. В 1923 г. уехал в Свердловск, где возглавил археологический отдел Уральского музея. С 1939 по 1943 гг. работал ученым секретарём Свердловского краеведческого музея. С 1940 г. вел курс на историко-филологическом факультете Уральского государственного университета. Умер от голода.