Родился в Кингстоне (Канада) 21 июня 1887 года в семье Уильяма Альфреда Боуэна, урожденного лондонца, переселившегося в Канаду, и был младшим ребенком в семье.Первоначальное образование получил в Канаде.
С 1912 по 1937 год проводил экспериментальные исследования в геофизической лаборатории Института Карнеги в Вашингтоне, опубликовав в 1928 году фундаментальный труд Evolution of the Igneous Rocks (рус. «Эволюция изверженных пород» ), заложивший основу для геофизического и геохимического изучения минералов.
В 1937—1947 годах был профессором Чикагского университета, затем вернулся в Институт Карнеги. Более всего Боуэн известен своими исследованиями силикатных физико-химических равновесий.
Он является первооткрывателем «реакционного принципа» , подразумевающего приобретение продуктом силикатного расплава при дальнейшем охлаждении нового химизма с образованием новых фаз или соединений или в пределах той же самой кристаллической фазы, что происходит вследствие его реакции с остаточной жидкостью (кристаллизационный ряд Боуэна).Также выдвинул теорию общего развития магматизма на Земле, которое, как он считал, происходит от перидотитов к габбро-базальтам и затем гранитам.