Родился в Харькове в 1855 году. Живописи обучался у известного мастера и профессора Академии художеств Л. Ф. Лагорио. Лучшие работы: «Заглохшая речка», «Июнь», «Элегия», «Тучка набежала», «Крепнет ветер», «Степь», «Звёзды догорают», «Залив Днепра». Картины Сергеева отличаются световыми эффектами.
В 1889 году был награжден орденом святого Станислава 3-й степени в поощрение деятельности на художественном поприще.
В 1910 году Н. А. Сергеев стал академиком пейзажной живописи. Умер в 1919 году.