Николай Николаевич Носов родился 10 (23) ноября 1908 года в Киеве в семье актёра эстрады. Детство его прошло в поселке Ирпень, недалеко от Киева, где мальчик и начал учиться в гимназии. Разносторонне одаренный мальчик, Носов с гимназических лет увлекался музыкой, театром, сочинительством — наряду с шахматами, фотографией, электротехникой, радиолюбительством, был газетным торговцем, землекопом, косарем и т. п. После 1917 года гимназия была реорганизована в школу-семилетку. Закончив ее в 1924 году, он работал чернорабочим на бетонном заводе в Ирпенe, потом на кирпичном в городе Буча.
В 19 лет поступает в Киевский художественный институт, но через два года переводится в Московский институт кинематографии. После окончания института Носов занимается режиссурой учебных фильмов для Красной Армии, за эту деятельность награжден в 1943 году орденом Красной Звезды.
Известен он и как режиссер многих научно-популярных и детских мультипликационных фильмов.
В 1938 году выходит в свет его первый рассказ для детей «Затейники». По словам самого Носова, в литературу он пришел случайно: родился сын, и нужно было рассказывать ему все новые и новые сказки, забавные рассказы для него и его приятелей-дошкольников. Носов ввёл в детскую литературу нового героя — наивного и здравомыслящего, озорного и любознательного непоседу, одержимого жаждой деятельности и постоянно попадающего в необычные, зачастую комические ситуации.
В годы Великой Отечественной войны он снял учебный фильм для танкистов, за который впоследствии получил Государственную премию.
Позже он много пишет для детского журнала «Мурзилка». В 1945 году выходит первый сборник Носова «Тук-тук-тук», в который вошли рассказы: «Затейники», «Живая шляпа», «Огурцы», «Чудесные брюки», «Мишкина каша», «Огородники».
В 1949 году выходит его первая повесть для юного поколения, «Веселая семейка». Этот жанр продолжают «Дневник Коли Синицына», «Витя Малеев в школе и дома».
В 1952 году за свою литературную деятельность Носов был награжден Сталинской премией.
Всенародной любовью пользовалась его трилогия сказок о Незнайке: «Приключения Незнайки и его друзей», «Незнайка в Солнечном городе», «Незнайка на Луне». В 1969 году автор был награжден за нее Государственной премией РСФСР им. Н.К. Крупской.
В 1969 году выходит сатирический сборник «Иронические юморески» — цикл статей писателя о литературе («О литмастерстве», «Поговорим о поэзии», «Трактат о комедии»), русском алфавите («А, Б, В…»), взаимоотношениях преподавателей и учеников («Второй раз в первый класс») и о некоторых социальных явлениях — мещанстве («Еще об одном, всем надоевшем вопросе»), пьянстве («Об употреблении спиртных напитков»), взаимоотношении отцов и детей («Нужно ли называть родителей предками и конями и о других подобных вопросах») и т. д.
В более поздние годы выходят автобиографические произведения писателя: «Повесть о моём друге Игоре» и «Тайна на дне колодца».
Николай Носов умер в Москве 26 июля 1976 года. Похоронен на Кунцевском кладбище в Москве.
