Великий князь Николай Михайлович родился 14 апреля 1859 года в Царском Селе.
Он был первым из семи детей великого князя Михаила Николаевича и великой княгини Ольги Фёдоровны.
В 1862 году семья переехала в Тифлис — отец Николая Михайловича был назначен царским наместником на Кавказе.
В 1875 году Николай Михайлович получил первый офицерский чин.
Во время русско-турецкой войны 1877—1878 годов, в октябре 1877 года, князь был награждён орденом Святого Георгия 4-й степени.
К началу Первой мировой войны, великий князь дослужился до чина генерала от инфантерии.
Николаю Михайловичу также принадлежит большая роль в развитии отечественной лепидоптерологии (науки, изучающей бабочек).
Николай Михайлович смог собрать крупнейшую на то время в России коллекцию чешуекрылых, состоящую из 110,220 экземпляров и 13,904 видов.
В 1900 году великий князь подарил всю свою коллекцию Зоологическому музею Академии наук.
Николай Михайлович описал 10 новых таксонов бабочек.
В честь самого Николая Михайловича названо 18 таксонов насекомых, в подтверждение признательности за его труды.