Николай Симонов родился в семье управляющего мукомольной фирмы. Окончив шесть классов гимназии, в 1918 году поступил на вечернее отделение Самарской художественно-промышленной школы. В 1921 году Симонов поступил на факультет живописи петроградской Академии художеств, где учился у О. Э. Браза, А. А. Рылова, К. С. Петрова-Водкина. Однако, несмотря на успехи в академии, Симонов предпочёл театр, о котором мечтал со школьных лет.
В 1922 году он поступил в Институт сценических искусств, сразу на второй курс, в мастерскую Л. С. Вивьена, и некоторое время оставался студентом двух учебных заведений, но в 1923 году покинул Академию художеств.
В 1924 году Симонов окончил Институт сценических искусств и был приглашён в труппу бывшего Александринского театра. Однако сразу прийти в театр ему не удалось — на один год его призвали в Красную армию. Прослужив в театре семь лет, Симонов сыграл несколько главных ролей, в том числе Павла в «Виринее» Л. Н. Сейфуллиной и Вершинина в «Бронепоезде 14-69» В. В. Иванова.
В 1931 году Симонов покинул Ленинград и возглавил в Самаре Краевой драматический театр. В 1934 году он вернулся в Александринский театр, который больше уже не покидал. На протяжении нескольких десятилетий Симонов был одним из ведущих актёров театра, выступал и в качестве режиссёра.
В кинематографе Симонов дебютировал в 1924 году, ещё в эпоху немого кино снялся более чем в десяти фильмах, в том числе в главной роли в фильме Владимира Гардина «Кастусь Калиновский».
Николай Симонов умер 20 апреля 1973 года в два часа ночи. Похоронили Николая Константиновича Симонова на Литераторских мостках Волкова кладбища.
Сын - известный врач-онколог Николай Николаевич Симонов