Николай Пунин родился в Гельсинфорсе (Хельсинки) в семье военного врача Николая михайловича Пунина. После окончания Николаевской гимназии учился сначала на юридическом, а потом на историко-филологическом факультете Петербургского университета, который закончил в 1914 году по специальности история искусств у профессора Д.В. Айналова.
Он был страстно увлечен новыми течениями в искусстве, особенно творчеством Владимира Татлина и Казимира Малевича. Своими статьями о них Пунин заслужил репутацию "воинствующего футуриста", "идеолога левого искусства". В его доме постоянно собирались молодые художники: Владимир Лебедев, Лев Бруни, Петр Митурич, Петр Львов, Николай Тырса.
В 1918-1921 гг, привлеченнный Луначарским к сотрудничеству, Пунин возглавил Петроградский отдел изобразительных искусств Наркомпроса, исполнял обязанности комиссара Русского музея и некоторое время – Эрмитажа.
В течении 30 лет Николай Николаевич сотрудничал с Русским музеем, читал лекций по истории западноевропейского искусства в Институте живописи, скульптуры и архитектуры, Ленинградском университете, на Высших курсах искусствознания, получил звание профессора. Он был блестящим художественным критиком, исследователем, педагогом и музейным работником, идеологом и горячим пропагандистом авангардных течений. Работы Пунина посвящены византийскому и древнерусскому искусству, японской гравюре, русским художникам XIX и XX веков, истории по искусства западной Европы. Ученик Пунина Ф.Ф.Мельников вспоминал о его послевоенных лекциях в ЛГУ: «Собирались с математического, физического, биологического, экономического – со всех факультетов университета... И он дирижировал такой огромной толпой. И чем больше было людей, тем больше у него было какого-то зажигания. Как он читал Рембрандта! Микелянджело! Леонардо! Профессура приходила со стороны, слушала его. Он умел импровизировать, находить слово, точное абсолюно...»
Пятнадцатью годами совместной жизни с Н.Пуниным была связана Анна Ахматова. Впервые Пунин познакомился с Ахматовой в редакции журнала Аполлон в 1913 году, потом несколько раз посещал заседания "Цеха поэтов" в доме Гумилевых в Царском Селе. В 1922 году Анна Андреевна впервые пришла в гости к Пунину, в садовый флигель Шереметьевского дворца (Фонтанного Дома), ставший теперь музеем Ахматовой и частью истории России.
Увлечение западноевропейским искусством, независимая позиция Пунина не могли не привести к конфликтам с советской властью. Впервые он был арестован 2 августа 1921 года одновременно с группой лиц, обвиняемых по делу «Петроградской боевой организации». Находился в заключении в следственной тюрьме на Шпалерной, но вскоре был освобожден благодаря хлопотам жены А.Е.Аренс (1892-1943), просившей за него у Луначарского.
Второй арест произошел 24 октября 1935 года, когда Н.Н. Пунин и студенты Ленинградского университета Л.Н. Гумилёв (сын А.Ахматовой, арестован вместе с Пуниным в Фонтанном Доме), А.П. Борин, В.Н. Махаев и И.В. Поляков были арестованы по обвинению в террористической деятельности. Благодаря обращению А.А. Ахматовой с письмом к И.В. Сталину все арестованные были освобождены.
Ждановское постановление 1946 года, борьба с «низкопоклонством перед западом», «формализмом в советской культуре» и конфликт с председателем Ленинградской организации Союза художников В.А.Серовым («Разве это живопись, – это голенище!», так говорил Пунин о картине Серова «Ленин в Смольном») послужили началом кампании травли и дискредитации Пунина. 15 апреля 1949 года приказом ректора ЛГУ профессор кафедры истории всеобщего искусства Н.Н.Пунин был уволен из университета, «как не обеспечивший идейно-политическое воспитание студенчества». Через четыре месяца он был арестован и осужден на 10 лет лагерей Особым Совещание при МГБ. Виной Пунина было "преступное" убеждение, что Сезанн и Ван-Гог - великие художники. Его жизнь закончилась 21 августа 1953 года в лагерной больнице заполярного поселка Абезь (Коми АССР).
(Пунин Н.Н. Мир светел любовью: Дневники. Письма / Сост., предисл., примеч. и коммент. Л.А. Зыкова. - М.: Артист. Режиссёр. Театр, 2000.