Его отцом был внук Фетх-Али-шаха, будущий шах Мохаммед. В молодости проживал в отдалении от двора, в Тебризе. После смерти отца, в 1848 г., Насер ад-Дин был призван на престол, который он должен был, однако, добыть оружием. Умея говорить лишь по-тюркски (по-азербайджански), Насер ад-Дин вскоре научился персидскому языку, а также французскому, и с особенной любовью стал заниматься географией, поэзией, рисованием.
В 1873, 1878 и 1889 гг. он предпринимал путешествия по европейским странам, которые сам описал (английский перевод описания первого путешествия шаха напечатан в Лондоне в 1874 г.; на русском языке имеется «Путешествие шаха Наср-Эддина по Мазандерану. Собственный его величества дневник», СПб., 1887). Попытки шаха посредством реформ приобщить Иран к европейской цивилизации разбились при столкновении с восточным фанатизмом и умственной неподвижностью населения. Однако, благодаря его стараниям, был проведен в Иране телеграф, основана военная школа, приглашен из Франции военный инструктор и дикие персидские полчища преобразованы в армию, до известной степени дисциплинированную. В Тегеране была основана французская школа, в которой преподавались история, география, химия, медицина.
Наиболее сильное противодействие мерам Насереддина оказывали приверженцы секты бабидов, которые неоднократно делали покушения на жизнь шаха. Эта секта была жестоко преследуема шахом и подверглась почти полному разгрому в 1869 г.
Насер ад-Дин вел неудачную войну с Англией, возникшую вследствие того, что шах принял сторону России, когда она заняла в 1856 г. Герат, и окончившуюся в 1857 г. миром в Париже. Более удачны были военные предприятия Насер ад-Дин против хивинского хана, туркменов салар и маскатского имама. 19 апреля (1 мая) 1896 года Насер ад-Дин пал от руки убийцы. Похоронен в «Уголке Карим-хана» («Халват-е Карим-хан») во дворце Голестан в Тегеране.