Николай Фёдоров родился в 1958 году, в многодетной семье ветерана Великой Отечественной войны. Родное село Чёдино в начале 1960-х по решению партийных инстанций сравняли с землёй, его территорию в пригороде Чебоксар поглотил гигантский комбинат по производству химического оружия «Химпром».
Окончил Толиковскую среднюю школу Чебоксарского района Чувашской Республики с золотой медалью. В 1980 году, после окончания юридического факультета Казанского государственного университета по направлению приехал в Чебоксары и начал преподавать дисциплины «Советское право» и «Научный коммунизм» в Чувашском государственном университете. В комитете комсомола вуза возглавил правовой сектор.
В 1985 году окончил аспирантуру Института государства и права Академии наук СССР и вновь вернулся к преподавательской деятельности.
Преподавал в 1980—1982 и 1985—1989 годах дисциплины «Советское право» и «Научный коммунизм» в Чувашском государственном университете им. И. Н. Ульянова.
В 1989 году избран народным депутатом СССР. Был одним из руководителей комитета по законодательству Верховного Совета СССР.
В 1990—1993 — министр юстиции России, назначался на эту должность в четырёх составах Правительства Российской Федерации.
10 декабря 1991 министр юстиции РСФСР Н.Фёдоров предъявил тяжело больному раком 79-летнему бывшему лидеру ГДР Эриху Хонеккеру, находившемуся в чилийском посольстве в Москве, требование покинуть территорию России. Спустя полгода, в июле 1992, Хонеккера экстрадировали из Москвы в Берлин, где он был немедленно арестован.
В 1992 году Указом Президента России присвоен высший чин Государственного советника юстиции Российской Федерации.
В марте 1993 Фёдоров подал в отставку в знак протеста против антиконституционного введения Б.Н.Ельциным особого порядка управления страной. Критически оценил силовые действия федеральных властей по разгону Верховного Совета РСФСР 3-4 октября 1993, свою позицию изложил в ряде интервью средствам массовой информации. С этого времени приобрёл прочную репутацию политика самостоятельного, неангажированного, независимо мыслящего, часто фрондирующего с властью.
Непродолжительное время возглавлял московскую коллегию адвокатов, был обозревателем «Общей газеты».
Был членом Совета Безопасности Российской Федерации, руководил правительственной комиссией по разрешению межнациональных конфликтов и межведомственной комиссией Совета Безопасности по республикам Северного Кавказа.
В 1993 году был избран депутатом Государственной Думы Федерального Собрания Российской Федерации первого созыва.
С января 1994 года — Президент Чувашской Республики. В 1997 году избран на эту должность во второй раз, в 2001 году — в третий, в 2005 — назначен на четвёртый срок.
В 1995—2001 годах являлся членом Совета Федерации, заместителем председателя Комитета Совета Федерации Федерального Собрания Российской Федерации по конституционному законодательству и судебно-правовым вопросам, заместителем председателя Комитета Совета Федерации по международным делам; членом комиссии по юридическим вопросам и правам человека и специальной комиссии по Чечне Парламентской Ассамблеи Совета Европы.
20 декабря 2000 года был единственным сенатором, выступившим и проголосовавшим против нового закона о Государственном гимне России. (Этим законом утверждалась мелодия Александрова; текст Сергея Михалкова был принят особой поправкой в 2001 году, против него выступил и проголосовал также лишь один сенатор — Олег Чиркунов).
В ноябре 2000 направил в Конституционный Суд РФ запрос, в котором оспаривалось зафиксированное в законе право Президента РФ отрешать от должности глав регионов и местного самоуправления, а также его право вместе с Государственной Думой РФ распускать региональные законодательные собрания.
8 сентября 2010 года на сессии Государственного Совета Чувашской Республики утвержден в качестве члена Совета Федерации Федерального Собрания Российской Федерации — представителя от исполнительного органа государственной власти Чувашской Республики. Член Комитета Совета Федерации по международным делам.
Указом Президента Российской Федерации от 22 сентября 2010 года включен в состав Комиссии при Президенте Российской Федерации по модернизации и технологическому развитию экономики России. С января 2011 года — представитель Российской Федерации в Парламентской Ассамблее Совета Европы (г. Страсбург).
В мае 2011 года принял предложение Председателя Правительства Российской Федерации Владимира Путина стать председателем Совета директоров Фонда «Институт социально-экономических и политических исследований». С 30 ноября 2011 года — председатель Комитета Совета Федерации по конституционному законодательству, правовым и судебным вопросам, развитию гражданского общества.
Член Ротари-клуба «Москва». Принимал участие в создании Международного Русского клуба (МРК)
Николай Фёдоров свободно владеет немецким языком, читал лекции по правоведению в Германии. В студенческие годы начал заниматься карате у тренера Н. Лукианова, был тренером по восточным единоборствам. Продолжает заниматься карате по настоящий день. Увлекается плаванием, горными и водными лыжами, шахматами.
Исповедует православное христианство.
Женат первым браком. Жена — Фёдорова Светлана Юрьевна, родом из Костромы. Познакомились в новогоднюю ночь 1979 года, поженились 4 года спустя. Сын — Василий (р.1985), юрист. Дочь — Карина (р.1990), студентка, занимается танцами, спортом.
Николай Фёдоров — специалист в области конституционного права и регионологии. Автор более ста статей и ряда книг по вопросам демократического и федеративного устройства государства, свободы печати, независимой судебной власти, экономической политики.
Николай Фёдоров стал популярен в Интернет-среде благодаря видео, в котором он энергично танцует.