Николай Николаевич Володимиров родился 19 апреля 1910 года в Санкт-Петербурге.Занимался в студии АХР у Е. М. Чепцова, И. Г. Дроздова и А. Р. Эберлинга.
В 1930 году поступил на живописный факультет Института пролетарского изобразительного искусства (с 1932 года — Ленинградского института живописи, скульптуры и архитектуры).
С 1933 года занимался у Д. Кардовского и Н. Радлова.
В 1937 году окончил институт по мастерской В. Шухаева с присвоением звания художника живописи. Дипломная работа — картина «Доярка» .
В начале Великой Отечественной войны окончил курсы младших лейтенантов.
В составе 125-й стрелковой дивизии воевал под Ленинградом. Командовал взводом. Был ранен. Награждён орденом Отечественной войны 2-й степени, медалями «За оборону Ленинграда» , «За победу над Германией» .
С 1940 года участвовал в выставках, экспонируя свои работы вместе с произведениями ведущих мастеров изобразительного искусства Ленинграда. Писал жанровые и исторические композиции, портреты, пейзажи.
В 1946—1955 годах преподавал в Высшем художественно-промышленном училище имени В. И. Мухиной. Автор картин «Переправа в Невской Дубровке» (1942), «Подвиг 28 героев-панфиловцев» (1943), «За мир» (1951), «Портрет жены» (1952), «Девушка в клетчатом платке» (1953), «Камни на берегу» (1956), «Ленин в зелёном кабинете» (1960), «Их не надо знакомить» (1961), «Защитники Ленинграда на переправе у Невской Дубровки. 1941 год» (1964), «Юный художник» (1979), «Девушка в синем» (1980) и других.Николай Николаевич Володимиров скончался 2 июня 2006 года в Санкт-Петербурге на девяносто седьмом году жизни.