Родился 31 января 1829 года в семье горного офицера, выходца из Франции. Обучался в Петербургском институте корпуса горных инженеров. После его окончания в 1852 году, с малой золотой медалью, ему было присвоено звание инженера-поручика. Самостоятельные геологические разыскания начал в Тульской губернии, под руководством геолога Пандера.
В 1853 году был переведён на Урал, где принял участие в геологической экспедиции Гофмана и Гринвальда, имевшей целью геологическую съёмку казённых горных округов.
В 1860—1862 годах Н. Барбот-де-Марни был руководителем большой манычской экспедиции и получил золотую медаль за геологическо-географическое исследование калмыцкой степи от Русского Императорского Географического общества, в «Записках» которого и была напечатана его работа.
В 1862 году отправлен за границу, где изучал геологические явления в Германии, Бельгии и Франции и собирал сведения о геологических музеях. По возвращении из заграницы был приглашён на работу преподавателем геологии и геогнозии в горный институт, а в 1866 году — профессором.Проводил геологические исследования в ряде районов империи, работал на Украине (Галиции, Волыни, Подолии), исследовал Херсонскую, Курскую, Харьковскую, Екатеринославскую, Киевскую, Рязанскую, Воронежскую, Симбирскую, Саратовскую, Тамбовскую, Астраханскую, Пермскую и часть Вологодской и Архангельской губерний.Наиболее важные по результатам работы — в 1864 году в северных губерниях, где изучал пермские отложения, в 1874 году в Калмыцкой степи, в составе амударьинской экспедиции Русского Географического общества, по результатам которой доказал, что из осадочных формаций в районе Арало-Каспия главное место принадлежит меловой, а не третичной системе, и в 1876 году — на линии оренбургской железной дороги.Выполнил первое научное геологическое описание железных руд Криворожского месторождения.Занимался также изучением угольных месторождений Подмосковья.Ещё студентом горного института он печатал в «Горном Журнале» и «Северной Пчеле» статьи об успехах геологических знаний. По окончании института он постоянно печатался в «Записках СПб. Минералогического общества» , в «Трудах СПб. общества естествоиспытателей» .Учёно-литературная деятельность Барбота-де-Марни началась очень рано (куда вошли и «Геологические исследования, произведённые в 1870 г.» в Рязанской и Тульской губерниях и имеющие большой палеонтологический интерес), в изданиях Русского Географического общества, в немецких геологических изданиях, но больше всего он поместил статей и заметок в «Горном Журнале» .Николай Барбот-де-Марни был почётным членом многих учёных обществ, почётным доктором геологии СПб университета, и председателем отделения минералогии и геологии общества естествоиспытателей при СПб университете.