Николай Васильевич Петров родился 22 июня 1890 года в городе Екатеринбурге. После школы закончил Вологодское реальное училище.
Творческая карьера Петрова началась в 1907 году с его актерского дебюта на сцене Вологодского драматического театра.
С 1908 года Петров обучался на курсах драмы известного русского актера и театрального педагога Александра Ивановича Адашева. Во время обучения на курсах Николай впервые попробовал свои силы в режиссуре — ставил программы для кабаре, а также номера для театра «Летучая мышь».
В 1909 году молодой актер поступил в режиссерский класс МХТ под руководством выдающегося театрального деятеля Владимира Ивановича Немировича-Данченко.
В 1910 году по приглашению Андрея Николаевича Лаврова Николай пришел в Александринский театр, где работал помощником режиссера. Одними из первых работ Петрова на сцене Александринского театра стали постановки «Невеста» по Г. Чулкову и «Тот, кто получает пощечины» по Л. Андрееву.
Помимо режиссуры, Николай также преподавал сценическое искусство при театре, а также сотрудничал с театрами «Бродячая собака» и «Привал комедиантов».
В 1918 Петров стал режиссером драматического театра в Петрозаводске, где создал около четырех десятков спектаклей, а спустя год, приступил к работе в Петроградском Малом драматическом театре. В 1920 году вместе с известными деятелями искусства Ю. П. Анненковым и Н. Н. Евреиновым Петров основал театр «Вольная комедия».
В 1921 году Николай Петров получил должность режиссера бывшего Александринского, а в то время уже Ленинградского академического театра драмы, а в 1928 году стал художественным руководителем этого театра.
На протяжении 1920–1930-х годов на сцене театра драмы Петров представил десятки уникальных постановок, среди которых «Город» и «Яд» А. Луначарского, «Ревизор» Н. Гоголя, «Идеальный муж» О. Уайлда, «Ночь» М. Мартине, «Горе от ума» А. Грибоедова и многие другие.
С 1933 года Николай Петров руководил Харьковским театром русской драмы, в котором создал такие постановки, как «Далекое» и «Ложь» А. Афиногенова, «Вишневый сад» А. Чехова, «Чужой ребенок» В. Шкваркина. В 1937–1938 году режиссер сотрудничал с Московским театром Революции, а с 1938 по 1948 год работал главным режиссером Центрального театра транспорта, позже создал ряд спектаклей для Московского театра Сатиры.
С 1956 года Николай Васильевич работал режиссером Московского драматического театра имени Пушкина. Скончался режиссер 29 сентября 1964 года в Москве.
