Николай Николаевич Иванов родился 25 октября (6 ноября) 1884 г. в Гатчине в семье служащего почтово-телеграфной конторы. В 1905 г. он окончил среднюю школу, а в 1909 г. естественное отделение физико-математического факультета Петербургского университета. Будучи еще студентом, он начал исследования в области физиологической химии под руководством проф. В.И.Палладина. В 1912 г. Н.Н.Иванов четыре месяца работал в Цюрихе в лаборатории агрохимии под руководством Ф.Шульца, а в 1914 – в Берлинском институте биохимии.

В научной деятельности Н.Н.Иванова можно выделить два основных направления: изучение физиологии и биохимии низших организмов (дрожжей и грибов) и биохимическое изучение культурных растений. С 1923 г. второе направление стало основным в научной деятельности Николая Николаевича, поскольку в этом году после организации Института опытной агрономии он по предложению Н.И.Вавилова приступил к организации химической лаборатории при отделе прикладной ботаники и селекции, а в 1924 г. с образованием Всесоюзного Института ботаники и новых культур (ВНИБ и НК) стал во главе химико- аналитической лаборатории и этого института.

В 1930 г. в связи с созданием академии сельскохозяйственных наук им. В.И.Ленина, ВНИБ и НК был преобразован во Всесоюзный институт растениеводства. В структуру института входил отдел биохимии, который состоял из лаборатории биохимии, лаборатории дубильных растений, лаборатории эфиромасличных растений и позднее, с 1932 г., лаборатории витаминов. К концу 30-х годов это был уже крупный отдел (более 60 сотрудников). Для проведения биохимической оценки коллекции и селекционного материала непосредственно в местах их экологического изучения в крупных отделениях института (опытных станциях) еще в 30-е годы были организованы лаборатории биохимии.

Одним из главных направлений работ лаборатории (позже отдела) биохимии с момента ее основания являлось изучение географической изменчивости количественного содержания, а позднее и качественного состава главнейших соединений определяющих кормовые, питательные, технологические и другие свойства растений. Большое внимание также уделялось исследованиям, связанным с выяснением общих и частных закономерностей накопления питательных веществ, алкалоидов, глюкозидов и др. соединений при созревании семян (плодов), а также при прорастании. Обобщение полученных результатов показало, что в живой коллекции ВИРа имеются виды, формы и сорта, обладающие широкой изменчивостью по важнейшим биохимическим признакам качества растениеводческой продукции. К 1934 г. Н.Н.Иванов с сотрудниками обобщили первые результаты биохимического изучения семян главнейших культур из опытов «географические посевы». Впервые были составлены карты «белковости» зерна пшеницы, ячменя, овса по районам СССР. Первые данные опытов по географическим посевам указывали на необходимость биохимических исследований сортов при проведении государственного сортоиспытания. Исследования, выполненные Николаем Николаевичем и руководимым им отделом, позволили не только установить ряд общих закономерностей в изменчивости содержания главнейших соединений у растений, но имели также большое значение для селекции, нацеленной на повышение качества продукции растениеводства. Многолетние работы Н.Н.Иванова и его учеников подытожены в 7 томах «Биохимия культурных растений» вышедших в 1936-1940 гг. под общей редакцией Н.Н.Иванова. Издание явилось уникальным справочником по биохимии практически всех важнейших культивируемых в стране растений.

Н.Н.Иванов всегда придавал исключительное значение методам анализа, при этом особое внимание он уделял разработке биохимических методов, предназначенных как для исследований мирового генофонда растений, так и для использования в селекции. В отделе биохимии апробировали, внедряли и разрабатывали новые биохимические методы анализа семян, а также вегетативных органов различных групп культур растений. Все методы, апробированные или разработанные коллективом отдела, были обобщены Н.Н.Ивановым в книге «Методы физиологии и биохимии растений», выдержавшей за период 1929–1946 гг. четыре издания. Эта книга долгое время являлась лучшим пособием по биохимии растений. В доработанном последователями Н.Н.Иванова виде она была издана в 1952, 1972 и 1987 гг., и до настоящего служит настольной книгой биохимиков страны.

В 1934 г. Н.Н.Иванову была присвоена ученая степень доктора биологических наук без защиты диссертации. Во все годы своей деятельности Н.Н.Иванов вел активную научно-педагогическую работу. В разные годы 1918–1922 гг. он читал курсы лекций в Петроградском агрономическом институте, Институте прикладной зоологии и фитопатологии, Ленинградском технологическом институте, а также в Ленинградском университете, где с 1929 г. заведовал кафедрой и лабораторией микробиологии. Н.Н.Иванов опубликовал 150 научных работ, среди которых упомянутые уже выше широко известные труды: «Методы физиологии и биохимии растений», а также «Биохимия культурных растений».

Умер Н.Н.Иванов в 1940 г. в Ленинграде.