Николай Симонов родился 4 декабря 1901 года в Самаре в семье управляющего мукомольной фирмой. Биография актёра с детства была связана с искусством и литературой. Родители хотели, чтобы трое детей выросли образованными, интеллигентными людьми. В доме имелась хорошая библиотека, ребят обучали музыке. Часто у Симоновых проходили творческие вечера. Гости слушали музыку или наслаждались «живыми картинами» - родители устраивали сказочные театральные представления.
Окончив шесть классов гимназии, Николай Симонов в 1918 году поступил на вечернее отделение Самарской художественно-промышленной школы, а затем отправился в Петроград, чтобы поступить в Академию художеств. Чтобы выжить в голодном Петрограде и закончить учёбу, подрабатывал грузчиком.
Однако, несмотря на успехи в живописи, в какой-то момент Николай вдруг решил попробовать силы в актёрстве. Будущий актёр попал сразу на второй курс Института сценических искусств, совмещая учёбу с художественной академией. В дальнейшем Симонов стал блестящим актёром Александрийского театра, семь лет даже руководил храмом Мельпомены в родном городе.
С первым появлением на театральной сцене о Николае Симонове сразу же заговорили как о гениальном артисте, при этом весьма колоритном. Могучий богатырь, словно рождённый специально для того, чтобы иллюстрировать человека нового века, новой жизни после революции: Николай Константинович великолепно вживался и в партизанского лидера, и в председателя исполкома. Умело раскрывал красоту человеческой личности. Поэтому театральный актёр не остался незамеченным для режиссёров кино. Дебютировал в кино в 1924 году. Первые работы относились к искусству немого кино. Симонов примерил роли в фильмах «Красный партизан», «Девятое января», «Катерина Измайлова» (по произведению Лескова). А в 1927 году режиссёр Владимир Гардин доверил ему главную партию - вожака восставших крестьян - в картине «Кастусь Калиновский».
Вершина же творчества актёра — роль Петра I в одноимённом фильме. После премьеры «Петра Первого» Николая Симонова принимали как настоящего Петра. После просмотра фильма умирающий Шаляпин прослезился: «Вот у кого я бы поучился актёрству!». Автор романа был того же мнения. На актёрских пробах 15 претендентов смотрелись чисто двойниками царя. Симонов – на голову ниже. Но, раз увидев, Алексей Толстой возвел свой графский перст: «Вот это Пётр! Не правда ли? Ну конечно, он! Утверждаю!». Актёр талантливо передал черты самодержца, сделав его целостной, гармоничной натурой: упрямец, храбрый воин, мечтатель, труженик и большой самодур.
В копилке фильмов у актёра россыпь режиссёрских трудов, составивших золотое наследие российского кино. Актёр сыграл Жихарева в «Чапаеве», Протасова в «Живом трупе», Бисмарка в «Героях Шипки», кардинала Монтанелли в «Оводе». Ещё одной знаковой ролью в кинобиографии Николая Симонова называют доктора Сальватора из фантастической мелодрамы «Человек-амфибия» по Александру Беляеву.
Последней ролью Николая Симонова в кино стала роль полицейского комиссара Берлаха в телефильме «Последнее дело комиссара Берлаха» (1972). В конце фильма Берлах умирает от рака. Снимаясь в этой картине, актёр не знал, что эта же болезнь подкрадывается и к нему.
24 декабря 1972 года Николай Симонов в последний раз вышел на сцену в спектакле «Перед заходом солнца».
Ушёл из жизни 20 апреля 1973 года в Ленинграде. Похоронили народного артиста на Литераторских мостках Волковского кладбища, у северной стены Воскресенской церкви, совсем недалеко от его учителей — А.А. Рылова и Л.С. Вивьена.
В 1980 году на могиле актёра установили памятник — бронзовый бюст на постаменте.