Николай Дорохин родился 18 мая 1905 года в г. Ельце Орловской (ныне Липецкой) обл.
Свою сценическую деятельность начал в 1922 году в Ельце. С 1927 года — артист МХАТа. Создал образы советских людей, отличавшиеся простотой, ясностью, свежестью сценических красок, народным юмором: Стёпа («Платон Кречет»), Ванин («Дни и ночи» по Симонову), Минутка («Победители» Чирскова), Веретенников («Офицер флота» Крона). Играл в пьесах Горького (Рябинин — «Достигаев и другие», Греков — «Враги»), Чехова (Федотик — «Три сестры») и др.
В период Великой Отечественной войны принимал активное участие в работе фронтовых бригад; написал книгу «По дорогам войны…» (1950).
Снимался в кино, вёл педагогическую работу во ВГИКе, школе-студии МХАТ.
Супруга — актриса МХАТ Софья Станиславовна Пилявская.
Похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.