Николай Камов родился 14 сентября 1902 года в городе Иркутск. С золотой медалью окончил коммерческое училище. Уже во время учебы начал интересоваться авиацией, часто посещал демонстрационные полеты известных в то время пилотов. С 1918 по 1923 годы учился на механическом факультете Томского политехнического университета. Пытался поступить в авиаотряд, но не приняли из-за травмы руки.
После окончания института Камов поехал в Москву и поступил рабочим на концессионный завод Юнкерса ИВА. В 1924 году начал работать в центральных аэропланных мастерских «Добролета», которые занимались ремонтом в основном немецких машин. С группой помощников молодой инженер по своей инициативе подготовил комплект чертежей самолета Ю-13, что позволило отказаться от закупки иностранных деталей и помощи иностранных специалистов.
В 1927 году Николай Камов приглашен в конструкторское бюро Д.П.Григоровича, занимавшееся опытным морским самолетостроением. Там принял участие в разработке самолета МРЗ-бис, а в свободное время разрабатывал автожир собственной конструкции. В 1928 году стал ведущим конструктором и начальником бригады. В 1929 году вместе с Николаем Скржинским создал первый советский автожир КАСКР-1 «Красный инженер».
Впоследствии с 1930 года Николай Ильич являлся ведущим инженером по производству цельнометаллического самолета-торпедоносца открытого моря ТОМ в ОКБ по морскому самолетостроению. В октябре 1931 года назначен начальником конструкторской бригады Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н. Е. Жуковского, проектировавшей новый автожир А-7 по заказу Военно-воздушных сил.
В 1940 году Камов стал главным конструктором Конструкторского Бюро по вертолетостроению. Камов и Скржинский предложили само слово «вертолет». Под его руководством созданы вертолеты Ка-8, Ка-10, Ка-15, Ка-18, Ка-25, Ка-26, винтокрыл Ка-22, аэросани «Север-2» и Ка-30, глиссер.
Николай Ильич Камов умер 24 ноября 1973 года в возрасте семьдесят одного года. Похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище.