Николай Патрушев родился 11 июля 1951 г. в Ленинграде в семье военного моряка.
Учился в средней школе № 211 в одном классе с председателем Высшего совета партии «Единая Россия» Борисом Грызловым.
В 1974 году окончил приборостроительный факультет Ленинградского кораблестроительного института, после чего работал инженером в институтском конструкторском бюро. В 1974—1975 — слушатель высших курсов КГБ при СМ СССР в Минске.
Женат, имеет двух сыновей.
Младший сын Андрей в июле 2003 года окончил Академию ФСБ России, работал в ФСБ в так называемом «промышленном» отделе, а в сентябре 2006 назначен советником директора «Роснефти» Игоря Сечина. Через семь месяцев, в апреле 2007 года, указом президента Путина он был награждён орденом Почета «за многолетнюю добросовестную работу».
Старший сын Дмитрий работал вице-президентом банка ВТБ. В мае 2012 года в возрасте 34 лет был назначен на пост председателя правления 4-го по величине банка России Россельхозбанка.
С 1975 года — в контрразведывательном подразделении управления КГБ СССР по Ленинградской области: младший оперуполномоченный, оперуполномоченный, начальник горотделения, заместитель начальника райотдела, начальник службы по борьбе с контрабандой и коррупцией.
С июня 1992 года до 1994 — министр безопасности Республики Карелия, начальник управления Федеральной службы контрразведки России по Карелии. В 1994—1998 годах — начальник Управления собственной безопасности ФСБ России, заместитель руководителя департамента — начальника организационно-инспекторского управления Департамента по организационно-кадровой работе ФСБ России.
С 31 мая 1998 — начальник Главного контрольного управления (ГКУ) Президента Российской Федерации. С 11 августа 1998 года до 6 октября 1998 — заместитель руководителя Администрации Президента — начальник ГКУ. Сменил на должности начальника ГКУ Владимира Путина, назначенного первым заместителем руководителя Администрации. Последняя крупная акция Патрушева в этой должности — проверка «Росвооружения», проводившаяся по указанию Бориса Ельцина. В ходе ревизии были вскрыты серьёзные финансовые злоупотребления со стороны команды бывшего директора компании А. Котелкина.
По некоторым данным, в акте ревизии фигурируют бывший помощник Ельцина по ВТС Борис Кузык, а также некоторые сотрудники Администрации Президента. Ельцин дал Генеральному прокурору Российской Федерации Юрию Скуратову указание провести тщательное расследование по результатам ревизии и наказать виновных. В Администрации не исключали, что эта проверка «Росвооружения» и стала причиной отставки Патрушева с должности начальника ГКУ.
С 6 октября 1998 года до 1999 — заместитель директора ФСБ России, начальник Департамента экономической безопасности (на прежней должности был ближе к Кремлю и имел более широкие возможности).
С 16 апреля 1999 — первый заместитель директора ФСБ России. С 9 августа 1999 года — исполняющий обязанности директора ФСБ. С 16 августа 1999 по 12 мая 2008 — директор ФСБ России. 30 сентября 1999 года избран председателем Совета руководителей органов безопасности и спецслужб (СОРБ) государств — участников СНГ (до мая 2008). В феврале 2006 — мае 2008 года по должности глава Национального антитеррористического комитета России.
С 20 ноября 1999 года по должности заместитель председателя Федеральной антитеррористической комиссии.
С 29 января 1999 года — член Межведомственной комиссии по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций.
С 15 ноября 1999 года — постоянный член Совета безопасности РФ.
С 14 ноября 1999 по 25 апреля 2001 года являлся членом комиссии при Президенте РФ по противодействию политическому экстремизму в РФ.
С января 2001 по август 2003 года — руководитель Оперативного штаба по управлению контртеррористическими операциями на территории Северо-Кавказского региона. 28 августа 2003 года официально передал полномочия по руководству контртеррористической операцией на Северном Кавказе министру внутренних дел России Борису Грызлову.
В марте 2001 г. назначен руководителем оперативной группы по усилению общественной безопасности, защите населения от терроризма в Ставропольском крае и Карачаево-Черкесской Республике и оказанию неотложной помощи гражданам, пострадавшим от террористических актов.
15 октября 2003 года был включен в состав Морской коллегии при правительстве России.
В марте 2007 года был утвержден членом Комиссии по вопросам военно-технического сотрудничества Российской Федерации с иностранными государствами.
26 сентября 2007 года был назначен членом Совета при Президенте РФ по развитию физической культуры и спорта, спорта высших достижений, подготовке и проведению XXII зимних Олимпийских игр и XI зимних Паралимпийских игр 2014 года в городе Сочи.
12 мая 2008 года назначен на должность Секретаря Совета безопасности Российской Федерации.
17.03.2015