Николай Щорс родился и вырос в посёлке Сновск Великощимельской волости Городнянского уезда Черниговской губернии Российской Империи, который сейчас является городом Сновск в Корюковском районе Черниговской области. Он происходил из многодетной семьи рабочего-железнодорожника, который был крестьянского происхождения из Минской губернии.
С 1905 по 1909 год Щорс учился в церковно-приходской школе. В 1910 году вместе с братом Константином поступил в военно-фельдшерскую школу в Киеве, которую окончил в июне 1914 года.
1 августа 1914 года, когда Российская империя вступила в Первую мировую войну, Николай начал службу в войсках Виленского военного округа. Он служил младшим военным фельдшером в 3-м мортирном артиллерийском дивизионе 3-го армейского корпуса и участвовал в боях на Северо-Западном фронте. В декабре 1914 года он был ранен, но остался в строю.
В октябре 1915 года Щорс был переведён в запасный батальон и в январе 1916 года направлен на ускоренные курсы Виленского военного училища в Полтаве. После окончания курсов 1 июня 1916 года он был произведён в прапорщики армейской пехоты и служил в 142-м пехотном запасном полку в Симбирске. С октября 1916 года он был младшим офицером в 335-м пехотном Анапском полку 84-й пехотной дивизии и участвовал в боях на Юго-Западном и Румынском фронтах. В марте-апреле 1917 года он проходил обучение на офицерских курсах командиров батальонных штурмовых команд, специализируясь на тактике использования бомбомётов и миномётов.
30 апреля 1917 года Щорс был произведён в подпоручики. Во время войны он заболел туберкулёзом и в мае 1917 года отправился на лечение в Симферополь. Там он приобщился к революционному движению, посещая митинги солдат. После Октябрьской революции, 15 декабря 1917 года, Щорс был освобождён от военной службы по болезни и вернулся в Сновск.
В марте 1918 года, после оккупации Черниговской губернии германскими войсками, Щорс вместе с группой товарищей, включая брата Константина и дядю Казимира, ушёл в Семёновку и возглавил там партизанский отряд, который участвовал в боях с оккупантами. Под натиском врага отряд отступил на территорию Советской России и был интернирован в начале мая 1918 года. Щорс отправился в Самару, затем в Москву, где присоединился к революционному движению и познакомился с лидерами большевиков и левых эсеров.
В Москве он попытался поступить на медицинский факультет Московского университета, используя поддельное свидетельство об окончании Полтавской духовной семинарии. Однако, встретив знакомого Казимира Квятека, он изменил своё решение и отправился вместе с ним в Курск. С мандатом Всеукраинского ЦВРК в конце августа 1918 года он прибыл в нейтральную зону к начальнику штаба повстанческого участка Унеча—Зерново С. И. Петриковскому-Петренко.
Официальная версия о том, что Щорс погиб в бою от пули петлюровского пулемётчика, с началом «оттепели» 1960-х годов стала подвергаться критике.
Первоначально исследователи инкриминировали убийство командира Ивану Дубовому, который в годы Гражданской войны был заместителем Николая Щорса в 44-й дивизии. В сборнике 1935 года «Легендарный начдив» помещено свидетельство Ивана Дубового:
«Противник открыл сильный пулемётный огонь и, особенно помню, проявлял „лихость“ один пулемёт у железнодорожной будки… Щорс взял бинокль и начал смотреть туда, откуда шёл пулемётный огонь. Но прошло мгновение, и бинокль из рук Щорса упал на землю, голова Щорса тоже…»
Голову смертельно раненного Щорса бинтовал Дубовой. Щорс умер у него на руках. «Пуля вошла спереди, — пишет Дубовой, — и вышла сзади», хотя он не мог не знать, что входное пулевое отверстие меньше выходного. Когда медсестра Богунского полка Анна Розенблюм хотела сменить первую, весьма поспешную повязку на голове уже мёртвого Щорса на более аккуратную, Дубовой не разрешил. По распоряжению Дубового тело Щорса без медицинского освидетельствования отправили для захоронения за полторы тысячи вёрст в Россию, в Самару. Свидетелем гибели Щорса был не только Дубовой. Рядом находились командир Богунского полка Казимир Квятек и уполномоченный реввоенсовета 12-й армии Павел Танхиль-Танхилевич, посланный с инспекцией членом РВС 12-й армии Семёном Араловым.
Вероятным исполнителем убийства красного командира называется Павел Самуилович Танхиль-Танхилевич, а возможным заказчиком — Семён Аралов, у которого с Щорсом были натянутые отношения. Танхиль-Танхилевичу было двадцать шесть лет, родился он в Одессе, окончил гимназию, разговаривал по-французски и по-немецки. Летом 1919 года стал политическим инспектором Реввоенсовета 12-й армии. Через два месяца после гибели Щорса он уехал с Украины и прибыл на Южный фронт в качестве старшего цензора-контролёра Военно-цензурного отдела Реввоенсовета 10-й армии. Другие исследователи отрицают эту версию гибели Щорса.
Попытка современных исследователей судебно-экспертным путём установить характер смертельного ранения Щорса не удалась: исследования черепа в 1949 и в 1964 годах были неполные и недостаточно квалифицированные, объективные данные для экспертизы не сохранились. Поэтому характер смертельного ранения Н. А. Щорса объективно является не установленным
В сентябре 1918 года Николай Щорс по поручению Всеукраинского центрального военно-революционного комитета сформировал 1-й Украинский советский полк имени Богуна в районе Унечи. Этот район находился в нейтральной зоне между германскими оккупационными войсками и Советской Россией. Полк был составлен из отдельных украинских партизанских отрядов и местных жителей и вошел в состав 1-й Украинской повстанческой дивизии под командованием Н. Г. Крапивянского.
22 сентября 1918 года Щорс был назначен командиром «Украинского революционного полка имени товарища Богуна», а в октябре — командиром 2-й бригады, включающей Богунский и Таращанский полки 1-й Украинской советской дивизии. Эта дивизия в боях с армией Украинской Народной Республики отбила Чернигов, Киев и Фастов. По словам В. А. Антонова-Овсеенко, красноармейцы любили Щорса за заботливость и храбрость, а командиры уважали за его рассудительность, ясность мышления и находчивость.
После захвата Киева 5 февраля 1919 года 24-летний Николай Щорс был назначен комендантом Киева и награжден почетным золотым оружием Временным рабоче-крестьянским правительством Украины.
С 6 марта по 15 августа 1919 года Щорс командовал 1-й Украинской советской дивизией, которая в ходе наступления отбила у петлюровцев Житомир, Винницу и Жмеринку. Она разбила основные силы УНР в районе Сарны — Ровно — Броды — Проскуров, а затем летом 1919 года оборонялась в районе Сарны — Новоград-Волынский — Шепетовка от войск Польской Республики и петлюровцев, но вынуждена была отступить на восток.
В мае 1919 года Щорс не поддержал Григорьевское восстание.
15 августа 1919 года, во время реорганизации Украинских советских дивизий в регулярные части Красной армии, 1-я Украинская советская дивизия под командованием Щорса была объединена с 3-й пограничной дивизией под командованием И. Н. Дубового, став 44-й стрелковой дивизией РККА.
С 21 августа Щорс был назначен начальником этой дивизии, а его заместителем стал Дубовой. Дивизия состояла из четырех бригад.
Дивизия упорно обороняла Коростенский железнодорожный узел, что позволило эвакуировать Киев и вывести из окружения Южную группу 12-й армии. 31 августа Киев был взят Добровольческой армией генерала Деникина.
Щорс погиб 30 августа 1919 года в бою с 7-й бригадой 2-го корпуса Галицкой армии около села Белошицы (ныне Коростенский район Житомирской области), находясь в передовых цепях Богунского полка. Обстоятельства его гибели остаются невыясненными.
Тело Щорса перевезли в Самару и похоронили на Всесвятском кладбище. По одной из версий, его вывезли туда, так как там жили родители его жены Фрумы Ефимовны.
В 1949 году в Куйбышеве (ныне Самара) была проведена эксгумация останков Щорса. 10 июля 1949 года его прах был торжественно перезахоронен на Куйбышевском городском кладбище. Тело было хорошо сохранено благодаря предварительному бальзамированию и помещению в запаянный цинковый гроб. В 1954 году на могиле был установлен гранитный обелиск, созданный архитектором Алексеем Моргуном и скульптором Алексеем Фроловым.