Поликарпов Николай Николаевич родился 28 мая (9 июня) 1892 года на выселках Поповка (где находились церковь и дом священника) близ села Георгиевское (ныне Калинино, Ливенский район, Орловская область) в семье сельского священника Николая Петровича Поликарпова (1867—1938).

Николай Поликарпов с детства отличался хорошей памятью, любил строить, рисовать, в 5 лет самостоятельно научился читать. В девятилетнем возрасте его отдали в Ливенское духовное училище, которое он окончил в июне 1907 года «по первому разряду», получив право перевода в первый класс духовной семинарии без вступительных экзаменов. В Орловской духовной семинарии он также входил в число лучших учеников, однако, не помышляя о духовной карьере, решил поступить в Петербургский политехнический институт. Решение было серьёзным, поскольку институт взимал высокую плату за обучение, кроме того, необходимо было оплатить пройденный курс духовной семинарии, где Поликарпов обучался бесплатно. Слушатели духовных семинарий в институт не принимались и Николай Поликарпов, сдав экстерном экзамены в 1-й Орловской гимназии, 22 июня 1911 года подал прошение о зачислении его в число студентов.

Пройдя по конкурсу аттестатов, Николай Поликарпов в 1911 году стал студентом кораблестроительного отделения института, позднее, в 1914 году, выбрав специализацию «инженер-механик по паровым турбинам, двигателям внутреннего сгорания, системам отопления и вентиляции». Одновременно, увлекшись авиацией, в 1913 году он поступил на «Курсы авиации и воздухоплавания» при кораблестроительном отделении института.

26 января 1916 года Поликарпов успешно защитил дипломный проект на тему «Дизель „морского типа“ мощностью 1000 л. с.» и получил звание «инженер-механик I степени». Курсы Авиации и Воздухоплавания закончил в конце 1916 года, но дипломный проект на тему «двухмоторный транспортный самолет», защитить не удалось, вероятно сказалась сложная обстановка в стране и большая загруженность на работе.

На способного студента обратил внимание главный инженер авиационного отделения Русско-Балтийского вагонного завода (АО РБВЗ, «Авиабалт») И. И. Сикорский и направил на него именную заявку в Управление Военно-Воздушного флота Российской империи. Николай Поликарпов, сразу после института, по трудовой мобилизации военного времени, начинает работать на РБВЗ заведующим производством истребителей С-16, позднее привлекаясь к модернизации С-16, «Илья Муромец» и к проектированию новых: С-18, С-19, С-20.

Экономические трудности I мировой войны, последующие забастовки и революции привели к развалу промышленности и фактической остановке завода «Авиабалт». Авиаконструктор И. И. Сикорский, не найдя общего языка с новой властью эмигрировал за границу в начале 1918 года. Николай Поликарпов от эмиграции отказался и покинул завод в марте 1918 года, перейдя на работу во Всероссийскую коллегию по управлению Рабоче-Крестьянским Воздушным флотом.

С 15 августа 1918 года Поликарпов начинает работать на заводе «Дукс» начальником технического отдела. С 6 февраля 1923 года он переведен ответственным конструктором завода и одновременно зам. начальника конструкторской части «Главкоавиа», на место Д. П. Григоровича. Первая работа заключалась в обеспечении производства и модернизации выпускавшихся самолетов «Ньюпор-17», «Ньюпор-21», «Ньюпор-23», «Фарман-30», «Илья Муромец» и др.

В 1927 году разрабатывается учебный самолет Поликарпова У-2 (с 1944 года По-2), который завоевал признание как очень удачная конструкция легкого и дешевого многоцелевого и учебного самолета. По-2 сыграл большую роль в подготовке летчиков в летных школах и аэроклубах Осоавиахима, он выпускался до 1954 года в различных модификациях для гражданского и военного применения став одним из самых массовых самолетов мира.

В феврале 1928 года впервые поднялся в воздух истребитель-полутороплан Поликарпова И-3, который, был принят на вооружение и выпускался серийно до 1934 года, став основным истребителем ВВС РККА начала 1930-х и вторым в истории советским истребителем принятым на вооружение после И-2 Григоровича. В это же время КБ Поликарпова перебазировалось с авиазавода №1 на опытный авиазавод №25 сформировав ядро его конструкторского бюро.

28 февраля 1928 г. Поликарпов был официально назначен техническим директором и главным конструктором государственного авиазавода №25. Ядро КБ Поликарпова (ОСС - Отдел сухопутного самолетостроения) в период 1926-1932 годы состояло из 28 конструкторов, в основном молодых, начинающих свой путь в самолётостроении.

В сентябре 1928 года в КБ началось проектирование истребителя И-6. После ареста Поликарпова в октябре 1929 года создание машины завершил С.А. Кочеригин. И-6 поднялся в небо 23 мая 1930 г., однако, не выдержав конкуренции с аналогичным истребителем И-5 разработанным в тюремном КБ Н.Н. Поликарповым и Д.П. Григоровичем, не был принят к серийной постройке. Помимо И-6, в планах работ КБ Поликарпова на период 1929-31 гг. предусматривалась разработка истребителя И-7, двухместного истребителя Д-2 и тяжелого истребителя сопровождения ИК-1. С 1927 г. в разработке находился также и тяжелый двухмоторный бомбардировщик ТБ-2 (Л-2).

24 октября 1929 года Поликарпов у себя дома был арестован органами ОГПУ. Ему предъявили обвинение в «участии в контрреволюционной вредительской организации», саботаже и срыве опытных работ, за проявление которых выдавались факты ошибок и недоработок в конструкторской деятельности за последние годы а также предшествующий конфликт с НТК ВВС в ходе которого Поликарпов обвинял заказчика в выставлении невыполнимо высоких требований к проектируемым самолетам. Арестам подверглись и другие конструкторы и работники авиапромышленности.

Виновным себя Поликарпов не признал, после недолгого следствия его перевели в Бутырскую тюрьму, где собрали всех заключенных авиаспециалистов, и «как социально чуждого элемента» без суда приговорили к смертной казни, однако приговор не был приведен в исполнение.

30 ноября 1929 года с заключенными встретился заместитель начальника Управления ВВС РККА Я.И. Алкснис. Сославшись на сложность международной обстановки, он призвал их «отдать разум и силы на создание в кратчайший срок истребителя, который превосходил бы машины вероятных врагов». В декабре в Бутырской тюрьме было организовано «Особое конструкторское бюро» под неофициальным техническим руководством Д.П. Григоровича, Н.Н. Поликарпов стал его заместителем, административные посты заняли сотрудники экономического управления ОГПУ. В январе 1930 г. ОКБ перевели на территорию Московского авиазавода №39 имени В. Р. Менжинского, где заключенные стали жить и работать в специальном ангаре, получившем название «внутренняя тюрьма», а ОКБ было переименовано в «Центральное конструкторское бюро» - ЦКБ-39, которое в марте 1930 г. усилили вольнонаемными специалистами.

В результате напряженной работы ЦКБ-39 создало легкий маневренный истребитель-биплан ВТ-11, впоследствии переименованный в И-5. Истребитель впервые поднялся в небо 29 апреля 1930 года, был принят на вооружение и выпускался крупными сериями, прослужив в ВВС РККА около 9 лет. И-5 хорошо зарекомендовал себя в эксплуатации, дальнейшим его развитием стали истребители Поликарпова бипланной схемы И-15 и И-153. Вклад Поликарпова в создание машины был значительным, поскольку конструктивно И-5 базировался на наработках незаконченного проекта И-6.

6 июня 1931 года на Центральном аэродроме прошел закрытый смотр авиационной техники, на котором присутствовали И. В. Сталин, К. Е. Ворошилов, Г. К. Орджоникидзе. Поликарпов от ЦКБ представил истребитель И-5, пилотировали — В. П. Чкалов и А. Ф. Анисимов, показ прошел успешно. 28 июня коллегия ОГПУ постановила приговор в отношении Поликарпова считать условным, а 7 июля 1931 года Президиум ЦИК СССР принял решение об амнистии и освобождении части арестованных специалистов, в том числе и Поликарпова. Только в 1956 году — через 12 лет после смерти конструктора — Военная коллегия Верховного Суда СССР отменила прежнее решение Особого совещания при Коллегии ОГПУ и прекратила дело в отношении Поликарпова.

27 августа 1931 года ЦКБ-39 было введено в состав ЦАГИ. Начальником ЦАГИ был назначен ставленник ОГПУ Н.Е.Пауфлер.

В ноябре 1931 года, после конфликта с главным инженером ЦАГИ А.Н. Туполевым, Поликарпов был смещен с должности начальника бригады №3 и переведен из ЦКБ в ЦАГИ рядовым инженером, бригаду возглавил инженер Г.И. Бертош.

В конце ноября 1931 года начальником ЦКБ и одновременно заместителем начальника ЦАГИ был назначен С.В.Ильюшин, знавший Поликарпова еще с Гражданской войны.

4 мая 1932 года, когда в ходе реорганизации бывшая бригада Поликарпова № 3 и конструкторская бригада № 4 П. О. Сухого сливались в единую бригаду № 3 под руководством П.О. Сухого, Н.Н. Поликарпов и Г.И. Бертош по рекомендации С.В.Ильюшина были назначены заместителями П.О. Сухого.

С февраля 1933 года по июль 1936 года Поликарпов работает начальником бригады № 2 ЦКБ на базе авиазавода № 39.

В середине 1933 года, в связи с трудностями в доводке И-14 (АНТ-31) П. О. Сухого, руководство ВВС обращает внимание на инициативный проект скоростного истребителя-моноплана бригады Поликарпова, который получил название И-16 (ЦКБ-12) и работы в этом направлении активизируются. И-14 П. О. Сухого совершил первый полет 27 мая 1933 года, истребители Поликарпова впервые поднялись в небо 23 октября (И-15) и 30 декабря (И-16), пилотировал машины летчик испытатель завода №39 Валерий Чкалов. Руководство ВВС отдало предпочтение И-16 Поликарпова, как более дешевому и технологичному (деревянно-металлическая, т.н. смешанная, конструкция против цельнометаллической И-14) при несколько более высоких лётных характеристиках, перспективах доводки и освоения в производстве. И-15 и И-16 поступили в серийное производство и на вооружение армии, причем И-16, показав сочетание высоких скоростных и маневренных качеств, стал одним из наиболее передовых истребителей своего времени, простояв на вооружении ВВС РККА до 1944 года.

Пилотаж на И-16 демонстрировался группой «Красная пятёрка» и индивидуально Валерием Чкаловым на первомайском параде 1935 года и последующем смотре авиационной техники, который проходил на Центральном аэродроме. Сталин отметил самолёт и после полётов беседовал с Поликарповым. Нарком Серго Орджоникидзе сделал представление в ЦК ВКП(б) в котором охарактеризовал конструктора как «одного из способнейших работников нашей авиации». 5 мая 1935 г. Николай Поликарпов с формулировкой: «за выдающиеся заслуги в деле создания новых высококачественных конструкций самолетов» был награждён Орденом Ленина, этим же Указом был награждён и Валерий Чкалов, фактически ставший ведущим летчиком-испытателем КБ Поликарпова. Несмотря на это, отношение к Поликарпову со стороны руководства было сложным, занимая высокий пост, он не являлся членом партии, будучи верующим, всегда носил крест, за что его называли «крестоносцем». На этом фоне внимание со стороны Сталина и работа в КБ, уже входившего в известность, лётчика-испытателя Чкалова значили для конструктора много.

В советских ВВС биплан И-15 (и его дальнейшее развитие И-15бис, И-153) представлял собой концепцию высокоманевренного истребителя воздушного боя, моноплан И-16 тактически дополнял его как скоростной истребитель-перехватчик. Таким образом самолеты разработки Поликарпова вновь составили основу истребительного парка ВВС 1934—1940 годов а сам конструктор заслужил репутацию «короля истребителей».

В 1939 году был направлен в командировку в Германию. В его отсутствие директор завода П. А. Воронин и главный инженер П. В. Дементьев выделили из состава КБ часть подразделений и лучших конструкторов (в том числе М. И. Гуревича) и организовали новый опытный конструкторский отдел, а по сути — новое КБ, под руководством Артёма Микояна. Заодно Микояну передали проект нового истребителя И-200 (будущий МиГ-1), который Поликарпов направил в Наркомат авиационной промышленности на утверждение перед своей поездкой в Германию. Затем в старом ангаре на окраине Ходынки на бывшей территории ОЭЛИД ЦАГИ для Поликарпова был создан новый государственный завод № 51, не имевший никакой собственной производственной базы и даже здания для размещения КБ (в настоящее время — ОКБ и опытный завод имени Сухого, которому производство было передано в 1953 году). На этом небольшом (по сравнению с предыдущим) заводе, а также в сложных условиях эвакуации, были созданы истребители И-185, ИТП, ТИС (каждый в нескольких вариантах), боевой десантный планер (БДП, МП), ночной бомбардировщик НБ и начата целая серия проектов, не оконченных в связи со смертью Поликарпова.

В акте по результатам государственных испытаний истребителя И-185 М-71 «эталон для серии» от 29 января 1943 года, утвержденном главным инженером ВВС РККА генерал-лейтенантом А. К. Репиным, самолёт Поликарпова назван «лучшим современным истребителем». За этот самолёт в марте 1943 года Поликарпову была

присуждена Сталинская премия I степени

После смерти Поликарпова его КБ возглавил В. Н. Челомей, которому поручили разработку крылатых ракет.

С 1943 года одновременно с работой в ОКБ — профессор и заведующий кафедрой проектирования самолетов Московского авиационного института.

Умер 30 июля 1944 году от рака желудка. Похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище (участок № 1).

В 1958 году в городе Орел установлен Памятник Поликарпову