Внук Николая I и дядя Николая II, военачальник, русский главнокомандующий в Первой мировой войне (1914-1915).
Отец великого князя был его полным тезкой — также великим князем Николаем Николаевичем — поэтому при рождении сын получил добавление «Младший», а его отец, соответственно — «Старший». Родители великого князя Николая Николаевича Младшего не ладили друг с другом и вскоре их брак фактически распался. Близкий к их семье С.Д. Шереметев предполагал, что это повлияло на характер мальчика. В зрелом возрасте великий князь Николай Николаевич Младший был известен своим буйным и порывистым нравом. Кроме того, их отношения с отцом были довольно прохладными.
Как и все Романовы, великий князь предназначался к военной службе. Он был зачислен в Лейб-гвардии Гусарский полк и Гвардейский саперный батальон. Позже он прослушал курс Николаевской Академии Генерального Штаба. Николай Николаевич принял участие в русско-турецкой войне 1877-1878 годов, в которой его отец был главнокомандующим. Молодой великий князь проводил рекогносцировку берегов Дуная и состоял при генерале М.И. Драгомирове во время Систовской переправы. За участие в операции великий князь получил орден Святого Георгия 4-й степени. В дальнейшем великий князь Николай Николаевич Младший выполнял, главным образом, штабные поручения, состоя при отце.
Деятельность великого князя Николая Николаевича Младшего разворачивается шире в 1880-е годы. В 1884 году он получил в командование Лейб-гвардии Гусарский полк, а в 1890 году — 2-ю гвардейскую кавалерийскую дивизию. В 1895 году он занял пост генерал-инспектора кавалерии, который занимал его отец до своей смерти в 1891 году.
Большинство мемуаристов сходятся на том, что великий князь Николай Николаевич Младший был выдающимся кавалерийским начальником и большим знатоком кавалерийского дела. Ему удалось сильно подтянуть русскую конницу.
В 1905 году, после тяжелого поражения в русско-японской войне 1904-1905 годов, в России начались серьезные преобразования в области центрального военного управления. Из состава военного министерства выводился Генеральный штаб. Создавался Совет государственной обороны, который должен был координировать усилия этих двух органов, а также морского министерства, министерства иностранных дел и министерства финансов. Этот Совет возглавил великий князь Николай Николаевич Младший. Кроме того, он занял пост командующего войсками Гвардии и Петербургского военного округа. Таким образом, влияние великого князя на военные и государственные вопросы серьезно возросло.
Решения о переустройстве военного управления принимались в самый разгар первой русской революции 1905-1907 годов. Граф С.Ю. Витте предлагал Николаю II либо пойти на некоторые конституционные уступки, либо вручить доверенному лицу диктаторские полномочия. Под этим доверенным лицом имелся ввиду великий князь Николай Николаевич Младший. Однако сам великий князь отверг эту роль и заявил, что находит уступки необходимыми. Результатом стал манифест 17 октября 1905 года.
Таким образом, накануне Первой мировой войны великий князь Николай Николаевич Младший был одним из самых влиятельных военачальников Российской империи. Тогдашний военный министр А.Ф. Редигер считал его управление Советом государственной обороны контрпродуктивным. В 1908 году Совет был упразднен. Отношения с В.А. Сухомлиновым, ставшим новым военным министром в 1909 году и сосредоточившим в своих руках власть над всем военным ведомством, у великого князя не сложились.
С началом Первой мировой войны великий князь был назначен главнокомандующим русскими войсками. Основными сотрудниками его Ставки в Барановичах стали генерал-адъютант Н.Н. Янушкевич и, в большей степени, генерал-квартирмейстер Ставки Ю.Н. Данилов. Великий князь не играл большой роли в принятии важнейших военно-стратегических решений, однако нельзя сказать, что он был не на своем месте. Главнокомандующий обладал высоким ростом, стройной фигурой и умел производить сильное впечатление на окружающих. Он был популярен в армии и уважаем союзниками. Общественность России относилось к нему с симпатией.
В 1915 году неблагоприятный оборот войны для России стал очевидным. Русская армия вынуждена была оставить Польшу. 23 августа 1915 года Николай II принял на себя командование войсками. Великий князь Николай Николаевич Младший назначался наместником на Кавказе и главнокомандующим Кавказским фронтом. Его популярность не пошатнулась в связи с военными неудачами, и многие сожалели о том, что он оставляет Ставку.
Как и в Барановичах, на Кавказе Николай Николаевич не был главной фигурой. Операциями на этом театре руководил, прежде всего, командующий Кавказской армией генерал Н.Н. Юденич. Несмотря на это, успехи Юденича в 1916 году поспособствовали укреплению репутации великого князя.
В начале 1917 года некоторые представители либеральной общественности видели в фигуре великого князя Николая Николаевича Младшего желательную замену непопулярному Николаю II. Члены Земгора попытались прозондировать этот вопрос у самого великого князя, однако 3 января 1917 года в разговоре с представителем Земгора А.И. Хатисовым Николай Николаевич отказался поддержать переворот. Когда произошла Февральская революция 1917 года, великий князь поддержал новую власть и отправил «коленопреклоненную» просьбу Николаю II оставить престол.
Новым главнокомандующим М.В. Алексеев и Временное правительство видели великого князя Николая Николаевича, однако член дома Романовых на этом посту был не приемлем для Петросовета. Прибыв в Ставку и даже начав отдавать распоряжения, великий князь почти сразу вынужден был покинуть пост и удалиться в Крым. В конце марта 1919 года великий князь Николай Николаевич Младший покинул Россию на английском линкоре «Мальборо».
Бывший великий князь проживал во Франции. В 1924 году он принял формальное руководство над Русским Общевоинским союзом. Скончался 5 января 1929 года на своей вилле. В 2015 году останки великого князя были перезахоронены в России.
