Родился в городе Озерки, Курская губерния, Российская империя. Заслуженный артист РСФСР (1956). Народный артист РСФСР (1970). На сцене с 1920 года. В 1925 году окончил Московский театральный техникум имени А.В. Луначарского и до 1932 года был актёром в различных домах самодеятельности. В 1932-1936 годах - актёр в Театре ВЦСПС. В 1936-1941 и 1943-1959 годах - актёр в Центральном академическом театре Советской Армии. Хотя в кино Николай Сергеев впервые снялся в 1937 году, дебютировав ролью командира фашистской эскадрильи в фильме "Глубокий рейд", известность ему принесли роли возрастные. Этапной в этом отношении для него стала роль старого рабочего Басманова в картине Иосифа Хейфеца "Большая семья" (1954). В этой картине актёра заметил Михаил Швейцер и дал ему создать совершенно противоположный образ - скупого крестьянина Силантия Ряшкина в "Чужой родне" (1955). С этого момента Николая Сергеева стали приглашать ведущие советские режиссёры, и вскоре он оставил театр ради кино. Более пятидесяти лет Николай Васильевич прожил в счастливом браке с актрисой Ольгой Васильевной Долговой, с которой вместе работал в ЦТСА. Когда Сергеев стал активно сниматься и ушёл из театра, то она ушла вместе с ним, оставив профессию, и всю свою последующую жизнь отдала заботам о муже. Детей у супругов не было, поэтому, когда в их доме в конце 50-х годов появилась племянница Светлана, то всю свою любовь и заботу они переключили на неё. Похоронен на Ваганьковском кладбище (26 участок).
| Год | Название | Роль | Тип |
|---|---|---|---|
| 1980 | Расследование | Фильм | |
| 1980 | Старшина | Фильм | |
| 1980 | Лебеди Непрядвы | Sergiy Radonezhskiy (озвучка) | Фильм |
| 1977 | Мальчик с пальчик | Old man (озвучка) | Фильм |
| 1976 | Прошу слова | Stepan Trofimovich | Фильм |
| 1976 | Сказ про то, как царь Пётр арапа женил | Фильм | |
| 1976 | От зари до зари | Силантий Мироныч Бревнов | Фильм |
| 1975 | Концерт для двух скрипок | Olya's grandfather | Фильм |
| 1974 | Назначение | Фильм | |
| 1974 | Моё поколение | Фильм | |
| 1973 | Нейлон 100% | иллюзионист Сольди | Фильм |
| 1973 | Я - Шаповалов Т.П. | Фильм | |
| 1973 | Капля в море | Фильм | |
| 1972 | Моя жизнь | Сериал | |
| 1972 | Достояние республики | иконописец Данила Косой | Фильм |
| 1971 | Бег | гробовщик | Фильм |
| 1971 | Карусель | Conductor | Фильм |
| 1970 | Возвращение «Святого Луки» | музейный хранитель | Фильм |
| 1970 | О друзьях-товарищах | Фильм | |
| 1970 | Пять дней отдыха | Фильм | |
| 1969 | Песнь о Маншук | engineer | Фильм |
| 1968 | Разбудите Мухина! | physics teacher / Galileo Galilei | Фильм |
| 1967 | Просто девочка | Фильм | |
| 1967 | Лунные ночи | Pavel Dmitriyevich | Фильм |
| 1966 | В городе С. | Sick man | Фильм |
| 1966 | Серая болезнь | Фильм | |
| 1966 | Андрей Рублёв | Theophanus the Greek | Фильм |
| 1965 | Время, вперёд! | Ivan Kuzmich | Фильм |
| 1965 | Авария | Алексей Николаевич - адвокат | Фильм |
| 1965 | Жили-были старик со старухой | Фильм | |
| 1964 | Русский лес | "пророк" | Фильм |
| 1964 | Живые и мертвые | Zosima Ivanovich | Фильм |
| 1963 | Домик в дюнах | Фильм | |
| 1962 | Горизонт | Somov | Фильм |
| 1961 | Битва в пути | Sugrobin Vasilii Vasilevich | Фильм |
| 1961 | Пять дней – пять ночей | Schagin | Фильм |
| 1960 | Воскресение | Tyuremnyy smotritel | Фильм |
| 1960 | Серёжа | Lukyanych | Фильм |
| 1960 | Мичман Панин | Николай Васильевич Сергеев | Фильм |
| 1960 | Снежная сказка | Petushkov | Фильм |
| 1959 | Солнце светит всем | Maksim Petrovich | Фильм |
| 1959 | Отцы и дети | Василий Иванович Базаров | Фильм |
| 1957 | Тугой узел | Ignat Gmyzin | Фильм |
| 1957 | Телеграмма | Тихон Иванович | Фильм |
| 1956 | Чужая родня | Silan Ryashkin | Фильм |
| 1954 | Большая семья | Basmanov | Фильм |
| 1945 | Родные поля | Фильм |