Родился в городе Дмитрове, Московской губернии в семье диакона Иоанна Виноградова.
По окончании в 1899 году Вифанской духовной семинарии был оставлен в ней надзирателем и одновременно учителем образцовой школы при семинарии.
Женился на Екатерине Павловне Соколовой. Дети: Галина, Ангелина, Ирина, Сергей.
В 1901 году стал служить в храме села Покровское, Московского уезда, Московской губернии.
В 1907 году поступил в Московскую духовную академию, которую окончил в 1911 году со степенью кандидата богословия. По окончании академии стал служить инспектором в Костромском епархиальном училище.
В 1912-1918 гг. был законоучителем в Московском Александровском институте благородных девиц.
В 1914 году представил магистерскую диссертацию на тему "Книга пророка Аггея" и был утверждён в степени магистра богословия. За диссертацию награждён академической премией епископа Курского Михаила.
В 1918 году стал настоятелем Никольской церкви в Пупышах, затем священником Благовещенской церкви на Тверской и одновременно в Петропавловской церкви при Мариинской больнице.
В 1920 году возведён в сан протоиерея.
В 1924 году назначен благочинным 1 отдела Замоскворецкого сорока; с 1927 года назначен благочинным и 3 отдела того же сорока.
В 1920-х годах о. Николай дал подписку о сотрудничестве, но исполнить, что от него требовало ОГПУ, из нравственных соображений не смог.
В 1929 году стал настоятелем храма свв. Флора и Лавра на Зацепе.
1 января 1933 года он был арестован вместе с другими членами причта и некоторыми из членов церковной двадцатки и заключён в Бутырскую тюрьму. Отвечая на вопросы следователя, сказал, что его проповеди "антисоветского характера и критики существующего строя не носили"; однако, 15 марта 1933 года о. Николай был осуждён Особым Совещанием при Коллегии ОГПУ по статье 58-10 УК РСФСР и приговорён на 3 года ссылки в Северный край, которую он отбывал в городе Каргополе Архангельской области.
2 января 1936 года был освобождён и 21 января направлен служить в Вознесенский храм в селе Теряева Слобода, Волоколамского района, Московской области.
26 октября 1937 года был снова арестован и заключён в тюрьму в Волоколамске. Его обвиняли в том, что он, придя в сельсовет, говорил о конституции, о выборах в Верховный Совет и о религии. Протоиерей Николай ответил, что если он и говорил на эту тему, то только в том духе и смысле, который следует из документов заместителя местоблюстителя митрополита Сергия и который нашёл своё выражение в молитве о властях предержащих; также обвинялся в том, что проживая в Теряевой Слободе, вел среди населения антисоветские и контрреволюционные разговоры. Отец Николай признал, что говорил, что в новой ситуации, когда Церковь отделена от государства, церковнослужители могут свободно проводить распространение церковной литературы с тем, чтобы приобщить верующих к Церкви, но обвинения в антисоветской агитации отверг.
23 ноября 1937 года тройка НКВД по Московской обл. приговорила протоиерея Николая за "контрреволюционную агитацию" к расстрелу, по групповому делу "прот. Николая Виноградова, прот. Димитрия Лебедева, диакона Петра Смирнова и Гавриила Безфамильного".
Расстрелян о. Николай 27 ноября 1937 года на полигоне Бутово под Москвой, погребён в безвестной общей могиле.
Причислен к лику святых в августе 2000 года Архиерейским Собором Русской Православной Церкви.
