Николай Денков завършва Националната природоматематическа гимназия в София през 1980 г.

През 1987 г. се дипломира като магистър във Факултета по химия и фармация на Софийския университет "Св. Кл. Охридски".

През 1993 г. защитава докторска дисертация, от 1997 г. е доцент, а от 2008 г. е професор по физикохимия в университета.

От 2008 до 2015 г. е ръководител на катедра Инженерна химия и директор на магистърска програма Дисперсни системи в химичните технологии във Факултета по химия и фармация на Софийския университет.

От 2007 г. е доктор на химическите науки. Специализира в Япония и в Университета в Упсала, Швеция. Работи като водещ учен в изследователските институти на фирмите Unilever (САЩ) и Rhone-Poluenc (Франция).

Член е на работни групи към Министерството на образованието и науката и Министерския съвет през 2012 и 2013 г.

От август 2014 г. до април 2016 г. е заместник министър на образованието и науката.

От 27 януари 2017 до 4 май 2017 г. е служебен министър на образованието и науката.

Служебен министър на образованието от 12 май 2021 г.