Он родился в крестьянской семье в деревне Медведки Вологодской губернии (ныне Котласский район Архангельской области). В 1919 году добровольцем, прибавив себе два года, начал службу на Красном флоте. Во время Гражданской войны служил матросом в составе Северо-Двинской флотилии. После с отличием окончил сначала военно-морское училище имени Фрунзе, а потом также с отличием – Военно-морскую академию.
«Я никогда не страдал большим честолюбием, – вспоминал впоследствии Николай Герасимович, – и не стремился забираться на вершины служебной лестницы, но, признаться, мечтал стать командиром корабля – большого или малого – и, стоя на мостике, управлять им». Мечта молодого моряка сбылась после окончания академии: он был назначен командиром крейсера «Червона Украина». При нём крейсер стал лучшим на флоте.
Позже он принимал участие в гражданской войне в Испании, был командующим Тихоокеанским флотом, участвовал в обеспечении боёв у озера Хасан.
В 1939 году 34-летний Кузнецов был назначен Народным комиссаром ВМФ СССР. На этой должности молодой нарком сделал очень много для развития военно-морских сил страны. Он сохранил и восстановил старые морские учебные заведения и стал инициатором открытия новых морских училищ и морских спецшкол (впоследствии нахимовских училищ), а в годы войны – Соловецкой школы юнг. Он создал первое водолазное специальное подразделение и учредил День Военно-Морского Флота.
К началу Великой Отечественной войны адмирал Кузнецов внёс существенный вклад в усиление боевой мощи, в повышение боеготовности сил и средств ВМФ. Накануне нападения Германии на СССР он принял действенные меры по повышению боеготовности флотов, а в ночь на 22 июня отдал приказ о приведении их в полную боевую готовность, что позволило избежать потерь кораблей и морской авиации.
Во время войны Кузнецов был членом Ставки Верховного Главнокомандования, постоянно выезжал на корабли и фронты. Флот предотвратил вторжение на Кавказ с моря, оказывал помощь союзникам, сопровождал корабли, идущие по ленд-лизу.
За боевые и организаторские заслуги в мае 1944 года Кузнецову присвоено воинское звание адмирал флота, а в сентябре 1945 года – звание Героя Советского Союза.
После войны Кузнецов уделял большое внимание технологическому перевооружению флота, в частности, развитию авианосцев. Но многое из задуманного талантливый военачальник сделать не успел: оказался в опале у высшего руководства страны.
Последние годы жизни Николай Герасимович писал воспоминания. При жизни вышло четыре «официальных» книги мемуаров. А пятая – «Крутые повороты» была опубликована лишь через 23 года после его кончины. В ней адмирал рассказывает о войне, о репрессиях, о Сталине, о послевоенной опале, резко критикует партийное вмешательство в дела армии и утверждает: «государством должен править закон».
Адмирал Флота Советского Союза Николай Герасимович Кузнецов полностью был реабилитирован спустя много лет после своей смерти. В Архангельской области чтут память знаменитого земляка. Мемориальный музей создан на родине Николая Герасимовича в деревне Медведки Котласского района. На набережной Северной Двины установлен памятник адмиралу флота Советского Союза, его имя носит одна из улиц Архангельска. В марте 2024 года на экраны вышел сериал «Адмирал Кузнецов» режиссёра Сергея Виноградова. Главную роль в нём исполнил Игорь Петренко.