Будущий священномученик появился на свет 6 мая 1864 года в Черкасской станице Войска Донского. Отец его, Харитон Иванович Попов, был статским советником, мать, Александра Петровна, — дочерью священника станицы Мигулинской. Детей в семье было девять. Отец, казак и краевед, посвятил жизнь изучению Донского края и стал первым директором Музея донского казачества; дед научил внука чтению и пению и привил ему любовь к храму.

Семья переехала в Новочеркасск, где Николай учился в гимназии; за честность и верность слову сверстники звали его по отчеству — «Харитоныч». После шести классов он поступил в Харьковское земледельческое училище и окончил его одним из лучших, изучив агрономию. Но одного хозяйственного служения людям ему показалось мало, и уже тридцатилетним он поступил на пятый курс Донской семинарии.

В 1893 году, окончив семинарию, он был рукоположен во диакона к Успенской церкви станицы Аксайской и год был законоучителем в тамошней школе, а в ноябре 1894 года стал священником. Первый приход — хутор Колодезный Мигулинской станицы, заброшенное в степи селение без храма, с молитвенным домом и скромным жильём при нём. Отец Николай начал со школы: построил учительскую школу с общежитием, где могли учиться и дети из неимущих семей, сам заказывал на свои деньги учебники и пособия, устроил при школе ферму и подсобное хозяйство и учил хуторян правильно вести землю — здесь пригодилось земледельческое училище. Одним из жертвователей на эту школу был праведный Иоанн Кронштадтский, откликнувшийся на просьбу священника.

Позже он перешёл на приход в хутор Верхнее-Гнутово станицы Есауловской. Там отремонтировал и расписал храм, вызолотил купола, устроил хор, построил новую школу и ежедневно сам вёл в ней занятия с детьми, а по воскресеньям со взрослыми. Доктора на хуторе не было, и первую медицинскую помощь тоже оказывал он.

Зимой 1918–1919 годов фронт подошёл вплотную к Гнутову. Начался тиф, людей не хватало ни лекарств, ни рук. Уговоры уехать отец Николай отверг и остался: ездил по хутору, исповедовал и причащал больных. Однажды за день напутствовал двадцать семь человек, а к вечеру слёг сам. Его попытались вывезти в Новочеркасск, но обоз перехватили, и больного оставили в подводе на улице. Подобрал его местный учитель — бывший ученик Колодезной школы, — оказал помощь и укрыл от ареста; вскоре приехала матушка Зинаида и забрала мужа домой.

Болел он тяжело и поднялся только через два месяца. Не дожидаясь выздоровления, стал служить дома, а в конце марта впервые вышел в храм — причастить прихожан. В тот же вечер хуторской ревком постановил произвести обыск и арестовать его. Три дня, пока он был под арестом, вокруг стояли подводы с людьми, просившими отпустить священника напутствовать умирающих, и его под конвоем возили по хуторам. Потом его отправили на станцию Морозовскую, в окружной ревтрибунал, где он и был казнён. В прощальном письме родным он просил простить всех врагов и простить его мученическую смерть.

Тело нашли только через три месяца и погребли за алтарём гнутовского храма. 17 июля 2006 года решением Священного Синода иерей Николай Попов был причислен к Собору новомучеников и исповедников Российских. Память совершается 26 марта и 7 февраля.