Родился в 1915 году в г. Ставрополе ныне Ставропольского края в семье рабочего. Русский.
В 30-е годы работал директором Пелагиадского хлебоприёмного пункта.
В Красной Армии с 1941 года. Призван Ворошиловским ГВК (г. Ставрополь). В действующей армии с июня 1942 года.
Механик-водитель танка 380-го танкового батальона (174-я танковая бригада, 17-й танковый корпус, Воронежский фронт) кандидат в члены ВКП(б) старшина Петров отличился в Сталинградской битве. С 1 по 14 июля 1942 года ежедневно по 2-3 раза водил свою машину в бой. Экипаж танка уничтожил 9 орудий, 4 миномётных батареи, 6 танков противника.
При переправе батальона к шоссе Семилуки–Воронеж 14 июля 1942 года был смертельно ранен в бою у города Воронежа.
Из наградного листа:
«Тов. Петров механик-водитель танка Т-34 лейтенанта тов. Елисеева с 1 по 14 июля 1942 г. ежедневно по 2-3 раза водил свою машину, контратакуя врага. Уничтожил живую силу и технику противника, способствовал продвижению нашей пехоты. Под непосредственным вождением боевой машины тов. Петров только гусеницами раздавил 4 противотанковых пушки, 4 миномётных батареи, 5 станковых пулемётов, блиндаж с большим количеством немецких офицеров. Уничтожено огнём из его танка 6 вражеских танков, 5 противотанковых пушек, склад с боеприпасами и большое количество вражеской пехоты и автоматчиков. В последней атаке вражеский снаряд вывел из боевых рядов тов. Петрова, оторвав ему обе ноги».
Звание Героя Советского Союза Петрову Николаю Семёновичу присвоено 4 февраля 1943 года (посмертно). Награждён орденом Ленина.