Николай Петров завършва медицина във ВМИ-Варна през 1985 г.

В периода 1989-1991 г. работи като клиничен ординатор; началник на Отделение по Анестезиология, реанимация и интензивно лечение във Военна болница, Бургас (1991-1992 г.); ординатор, асистент, старши и главен асистент във ВМА - София (1992-2004 г.).

През 2002 завършва курс по "Реанимация и интензивна медицина при медицинското осигуряване на международни военни мисии на НАТО", Франция.

От 2004 г. е Началник Катедра по Анестезиология, реанимация и интензивно лечение при ВМА и e републикански консултант по анестезиология, реанимация и интензивно лечение; (2004) член на Европейската асоциация по Анестезиология и интензивно лечение - ESA; (2004) - член на Европейската асоциация по парентерално и ентерално хранене - ESPEN; (2006) - член на Европейската асоциация по интензивна медицина - ESICM; (2008) член на Американската асоциация на анестезиолозите - ASA.

От 2008 г. е президент на Българското дружество по парентерално и ентерално хранене; от 2009 г. - президент на Дружеството на анестезиолозите в България. Заместник-началник по диагностично-лечебната дейност на МБАЛ-София от 2007 г.

Заместник началник по лечебно-диагностичната дейност на Военна болница-София.
Началник Катедра по Aнестезиология, реанимация и интензивно лечение,при Военномедицинска академия - София.

В периода 13 март 2013 - 29 май 2013 е министър на здравеопазването в състава на служебното правителство на Марин Райков.
От 4 май до 10 ноември 2017 г. проф. Петров отново е министър на здравеопазването - в правителството на ГЕРБ и Обединените патриоти.

Автор на и съавтор на книги и много публикации в сферата на научната и медицинска литература.

Владее английски, френски и руски език. Женен, с три деца.