Родился в Санкт-Петербурге, окончил Санкт-Петербургский государственный университет в 1910 году. Н.П. Сычев является учеником Н.П. Кондакова и Н.П. Лихачева. Член Общества художников (1921). Профессор Ленинградского государственного университета и Академии художеств. Магистр истории искусств (1914). Оказал значительное влияние на формирование коллекции Русского музея (директор с 1922 по 1926), разработал его первые постоянные экспозиции, автор ряда капитальных научных сборников и монографий о различных периодах и художниках России. Преподавал в Ленинградском государственном университете. Заложил основы художественной реставрации во Владимире. В 1944 он начинал восстанавливать Успенский собор, реставрировать фрески Андрея Рублёва.