Родился 18 марта 1922 года в деревне Сапегино ныне Гагаринского района Смоленской области. Отец — Орлов Григорий Константинович (1896—1944). Мать — Орлова Анна Дмитриевна (1900—1981). Супруга — Орлова Тамара Григорьевна (1931 г. рожд.), педагог. Сын — Орлов Игорь Николаевич (1948 г. рожд.), полковник, танкист. Дочь — Шибаева Галина Николаевна (1957 г. рожд.), ребефер. Внуки: Василий, аспирант финансовой академии; Петр, студент; Алексей, офицер, танкист, участник боевых действий в Чечне.

Окончив 10 классов в поселке Чкаловский Московской области, в 1939 году поступил в Орловское бронетанковое училище имени Фрунзе. В 1941 году в звании лейтенанта был направлен в Минское Краснознаменное танковое училище на должность командира взвода курсантов.

Для молодого командира Орлова Великая Отечественная война началась 22 июня 1941 года. Под ударами фашистской авиации и в борьбе с многочисленными диверсионными группами врага Николай Григорьевич вел свой взвод от Минска до Смоленска, откуда был в составе училища эвакуирован в Ульяновск. Несмотря на многочисленные просьбы направить его на фронт, до июня 1942 года лейтенант Орлов продолжал готовить офицеров-танкистов.

В июне откомандирован в Сталинградский автобронетанковый центр. Получил маршевую роту из 10 танков Т-34 в 21-м учебном танковом батальоне. Личный состав сформированных подразделений должен был на собранных лично машинах своим ходом выдвинуться в район Калача и войти в состав одной из танковых частей. Однако из-за прорыва 16-й танковой дивизии 14-го танкового корпуса вермахта в район Сталинградского тракторного завода танковая рота лейтенанта Орлова в числе 3 сформированных на заводе подразделений 23 августа получила другую задачу: совместно с отрядами рабочих и истребительными батальонами задержать немецкие войска, прорвавшиеся к Волге в районе поселка Рынок.

Ожесточенные бои продолжались несколько суток, недавно сформированные танковые подразделения понесли тяжелые потери, но отстояли намеченные рубежи и сорвали намерение немецкой танковой дивизии захватить тракторный завод и прорваться в Сталинград.

В этих боях Николай Григорьевич был тяжело ранен. После излечения назначен командиром роты легких танков 21-го танкового полка 60-й механизированной бригады, которая вошла в состав формировавшегося 4-го мехкорпуса. Это было крупное соединение, состоявшее из 3 механизированных бригад и 2 отдельных танковых полков и включавшее в себя около 15 тыс. человек личного состава, 220 танков, 100 бронеавтомобилей, более 150 орудий и минометов.

20 ноября под руководством генерала В.Т. Вольского состоялось боевое крещение корпуса. Это были первые дни знаменитого контрнаступления и окружения немецкой группировки под Сталинградом. Через двое суток тяжелейших боев был взят населенный пункт Советский, куда вскоре вышли части 4-го танкового корпуса генерала А.Г. Кравченко, шедшие навстречу. 4-й механизированный корпус за проявленный героизм в ходе отражения 18 декабря 1942 года деблокирующей группировки Манштейна был удостоен гвардейского звания и стал 3-м гвардейским. Кроме того, он получил почетное наименование «Сталинградский». В этом сражении воины корпуса впервые встретились с тяжелым танком немцев под названием «Тигр».

Николай Григорьевич будучи командиром роты танков Т-34 за отличие в этих боях награжден первым орденом Боевого Красного Знамени. В боях за Сталинград трижды ранен.

После завершения Сталинградской битвы корпус направили через степи Калмыкии к Ростову. С июня 1943 года Николай Орлов служил помощником начальника штаба бронетанковых и механизированных войск Степного фронта. Но штабная работа не пришлась ему по душе. В августе 1943 года капитан Орлов занял должность командира танкового батальона в отдельной 27-й гвардейской танковой бригаде 2-го Украинского фронта.

Участвовал в форсировании Днепра южнее Кременчуга, за что был представлен к званию Героя Советского Союза, но награжден был орденом Ленина. Потом принимал участие в окружении и разгроме Корсунь-Шевченковской группировки врага, форсировании Южного Буга, в боях за Молдавию.

В мае 1944 года в звании майора направлен на учебу в Военную академию бронетанковых войск имени И.В. Сталина. В составе сводного полка Академии участвовал в историческом Параде Победы 24 июня 1945 года в Москве и во всех юбилейных парадах.

После выпуска в 1947 году остался в адъюнктуре на кафедре тактики. В декабре 1950 года защитил кандидатскую диссертацию. Восемь лет был преподавателем, старшим научным сотрудником кафедры тактики. В 1967 году стал доктором военных наук, а затем профессором.

Некоторое время был начальником оперативного отдела штаба 7-й гвардейской танковой армии в Борисове (Белоруссия). С 1968 по 1972 год возглавлял кафедру управления войсками Военной академии бронетанковых войск. Затем 13 лет руководил кафедрой оперативного искусства и 4 года был заместителем начальника академии по научной работе, когда ее начальником был маршал бронетанковых войск О.А. Лосик.

Уволен в отставку с этой должности в 1988 году. Николай Григорьевич — автор большого числа научных статей, пособий, трудов, учебников. Двадцать лет состоял председателем Совета ветеранов 3-го гвардейского Сталинградского механизированного корпуса. Ныне возглавляет объединенный Совет бронетанковых войск и кавалерии при Московском Комитете ветеранов войны.

Награжден орденом Ленина, двумя орденами Красного Знамени, двумя орденами Трудового Красного Знамени, двумя орденами Отечественной войны I степени, двумя орденами Красной Звезды, орденом «За службу Родине в Вооруженных Силах СССР» III степени, медалью «За боевые заслуги» и другими. Почетный гражданин хутора Верхне-Кумского Волгоградской области, а также города Сморголь (Белоруссия).

Живет в Москве.