Николай Ильич Камов родился 14 сентября 1902 года в городе Иркутск. Он окончил коммерческое училище с золотой медалью и уже во время учебы начал проявлять интерес к авиации, регулярно посещая демонстрационные полеты известных пилотов своего времени. В период с 1918 по 1923 годы, он учился на механическом факультете Томского политехнического университета, хотя попытки поступить в авиационный отряд потерпели неудачу из-за травмы руки.
После окончания института Камов отправился в Москву и устроился работать рабочим на концессионный завод Юнкерса ИВА. В 1924 году он присоединился к центральным авиационным мастерским «Добролет», которые специализировались на ремонте преимущественно немецких самолетов. На своей инициативе, с поддержкой группы помощников, молодой инженер разработал комплект чертежей для самолета Ю-13, что позволило отказаться от закупки иностранных деталей и помощи иностранных специалистов.
В 1927 году Николай Камов получил предложение присоединиться к конструкторскому бюро Д.П. Григоровича, занимающемуся разработкой морских опытных самолетов. Там он принял участие в проектировании самолета МРЗ-бис и одновременно разрабатывал автожир собственной конструкции в свободное время. Камов стал ведущим конструктором и начальником бригады в 1928 году, и в 1929 году, совместно с Николаем Скржинским, он создал первый советский автожир КАСКР-1 «Красный инженер».
С начала 1930 года и далее, Николай Ильич Камов работал как ведущий инженер на производстве цельнометаллических морских самолетов-торпедоносцев для ОКБ по морской авиации. В октябре 1931 года его назначили начальником конструкторской бригады в Центральном аэрогидродинамическом институте имени профессора Н.Е. Жуковского, где он работал над новым автожиром А-7 по заказу Военно-воздушных сил.
В 1940 году Камов стал главным конструктором в Конструкторском Бюро по вертолетостроению. Вместе с Николаем Скржинским они предложили термин «вертолет». Под его руководством были разработаны вертолеты Ка-8, Ка-10, Ка-15, Ка-18, Ка-25, Ка-26, а также винтокрыл Ка-22, аэросани «Север-2» и Ка-30, глиссер.
Николай Ильич Камов ушел из жизни 24 ноября 1973 года в возрасте 71 года. Его похоронили в Москве на Новодевичьем кладбище.