Родился 27 июля 1911 в деревне Зырянка Екатеринбургского уезда Пермской губернии, ныне Талицкий район Свердловской области в крестьянской семье. В 1926 г. окончил семилетнюю школу, поступил на агрономическое отделение Тюменского сельскохозяйственного техникума. В 1927 г. продолжил учебу в Талицком лесном техникуме, где стал самостоятельно изучать немецкий язык, обнаружив незаурядные лингвистические способности, овладел эсперанто, польским, коми, украинским языками. С 1930 г. работал лесоустроителем, руководил кружком политграмоты. В 1932 г. стал секретным агентом госбезопасности, учился в Уральском индустриальном институте, продолжая совершенствоваться в немецком. Весной 1938 г. Кузнецов переехал в Москву и поступил на службу в НКВД, выполнял поручения в странах Европы. В 1942 г. направлен в отряд специального назначения «Победители» под командованием полковника Дмитрия Медведева. Под именем немецкого офицера Пауля Зиберта вёл разведывательную деятельность в оккупированном городе Ровно, руководил разведгруппой, постоянно общался с офицерами вермахта, спецслужб, высшими чиновниками оккупационных властей передавая сведения в партизанский отряд. Кузнецову удалось узнать о подготовке немецкого наступления на Курской дуге, о подготовке покушения на Сталина, Рузвельта и Черчилля в Тегеране.  По приказу командования ликвидировал главного судью Украины Функа, имперского советника рейхскомиссариата Украины Гелля и его секретаря Винтера, вице-губернатора Галиции Бауэра, похитил командующего карательными войсками на Украине генерала Ильгена, совершал диверсии. Тем не менее, не сумел осуществить своё главное задание — физическое уничтожение рейхскомиссара Украины Эриха Коха. 30 сентября 1943 г. Кузнецов совершил повторное покушение на постоянного заместителя Э. Коха и руководителя управления администрации рейхскомиссариата Пауля Даргеля (во время первого покушения 20 сентября он по ошибке вместо П. Даргеля убил заместителя Э. Коха по финансам Ганса Геля). В результате проведённой акции, от брошенной Кузнецовым противотанковой гранаты Даргель получил тяжёлые ранения и потерял обе ноги. После этого на самолете П. Даргель был вывезен в Берлин. 9 марта 1944 г. группа Кузнецова была захвачена боевиками УПА, которые приняли советских диверсантов за немецких дезертиров (на них была немецкая униформа). Опасаясь провала, Кузнецов взорвал себя гранатой, а его спутники (Белов и Каминский) были застрелены. Впрочем, украинские националисты утверждают, что Кузнецов был захвачен ими и утоплен в колодце, а версия самоподрыва Кузнецова на гранате была официально распространена уже советскими властями. Могила Н.И. Кузнецова возле города Броды была обнаружена благодаря кропотливой работе его боевого товарища Николая Струтинского, который добился его перезахоронения во Львове на Холме Славы. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 5 ноября 1944 года за исключительное мужество и храбрость при выполнении заданий командования Николай Иванович Кузнецов был посмертно удостоен звания Героя Советского Союза. Награждён 2 орденами Ленина.