В 1827—1836 годах учился в Академии Художеств.
С 1850 года архитектор Петергофа.
В 1880—1893 годах председатель Петербургского Общества архитекторов.
В 1848—1859 годах Бенуа вёл большие работы в Петергофе (дворцовые конюшни, 1848—1854, станция железной дороги, 1855—1857, фрейлинские дома, 1858, перестройка «Большого грота», «Шахматной горы» и «Золотой горы»). Им сооружены также станции железной дороги в Стрельне, Красном селе, при Троице-Сергиевой пустыни, Летний театр в Павловске (1875), ряд построек в Петербурге.
1876-1877 годы: фонтан перед фасадом Адмиралтейства в соавторстве с А. Р. Гешвендом.
1885 год: деревянная оранжерея и жильё для садовника в рамках работ по благоустройству сада
(1813, Спб. – 1898, Спб.) Академик архитектуры (1847), почётный член ИАХ (1896). Окончил ИАХ с большой золотой медалью (1836).
В 1837-1840 работал под руководством К.А. Тона. Пенсионер ИАХ в Западной Европе в 1840-1846; с А.М. Резановым и А.И. Кракау обмерил собор в Орвьето (рисунки опубликованы в Париже в 1877).
В 1846-1875 на службе в Кабинете Его Величества. Главный архитектор Петергофского дворцового правления (с 1850), старший архитектор и член правления 1-го округа Министерства путей сообщения (c 1851), архитектор Министерства государственных имуществ (с 1852), главный архитектор императорских театров (1863-1873). Гласный городской думы С.-Петербурга (с 1868). В 1872-1897 заведовал техническо-строительным отделением Городской управы. Председатель С.-Петербургского общества архитекторов (1880-1893).
Среди построек: неоготические дворцовые конюшни в Петергофе (1848-1854), ансамбль зданий Лисинского учебного лесничества (1852-1862) с церковью в неовизантийском стиле, главное здание в стиле необарокко Петровской земледельческой академии в Москве (1862-1865), церковь в русском стиле в поместье А.Г. Шереметевой Высокое Смоленской губернии (1867-1871).
С 1857 (или 1858) – профессор ИАХ.
Ордена Св. Анны 1-й степени, Св. Станислава 2-й степени, Св. Владимира 4-й и 3-й степени.
Имел 9 детей, среди которых Екатерина Николаевна Бенуа (Лансере), Альберт Николаевич Бенуа, Александр Николаевич Бенуа и Леонтий Николаевич Бенуа.
