Советский хирург, академик Академии наук УССР, член-корреспондент Академии медицинских наук СССР, заслуженный деятель науки УССР, Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской премии
Родился в с. Ольхово Новгородской губернии (Вологодской области) в декабре 1913 года. Окончил Архангельский медицинский институт, Всесоюзный заочный индустриальный институт. В 1947–1952 годах работал заведующим хирургическим отделением Брянской областной больницы. В 1953 году защитил докторскую диссертацию. С 1952 года руководил клиникой грудной хирургии, а с 1968 года был заместителем директора по науке Украинского НИИ туберкулеза и грудной хирургии им. Ф. Г. Яновского.
С 1955 года возглавлял кафедру грудной хирургии Института усовершенствования врачей (Киев); затем руководил отделом биокибернетики Института кибернетики АН УССР. В 1963 г. провёл первое в СССР протезирование митрального клапана сердца. В 1965 г. провел удачную имплантацию полушаровых протезов клапанов сердца.
Организовал пульмонологическое хирургическое отделение в Старокрымском санатории и городской больнице в Стром Крыму, где проходили лечение больные туберкулезом. Научную деятельность в области фтизиатрии продолжил на посту заместителя директора по науке Киевского научно-исследовательского института туберкулёза и грудной хирургии.
В 1983 году назначен директором Института сердечно-сосудистой хирургии (ныне Национальный институт сердечно-сосудистой хирургии имени Н. М. Амосова НАМН Украины). Считается создателем школы нейрохирургов на Украине.
Врачебную и научную деятельность сочетал с общественной. С 1989 по 1991 годы был избран народным депутатом СССР. Член Союза писателей СССР. Автор книг по медицине, здоровому образу жизни и кибернетике.
Основными направлениями его научно-практической деятельности были торакальная хирургия и биокибернетика. В сферу научных и практических интересов академика Амосова входили вопросы хирургического лечения заболеваний легких, сердца, искусственного кровообращения, физиологии сердца, регулирования функций внутренних органов, медицинской и биологической кибернетики, моделирования процессов мышления и психики. Амосов сконструировал ряд медицинских приборов; им предложена модификация аппарата искусственного кровообращения, протезов клапанов сердца. Николай Михайлович Амосов разработал и активно применял теорию о необходимости ведения здорового и активного образа жизни для достижения долголетия.
Умер 12 декабря 2002 года, похоронен на Байковом кладбище города Киева.