Tchernychevski est né à Saratov dans une famille de prêtre. Nicolas a étudié pendant trois ans au séminaire théologique, puis de 1846 à 1850, il a étudié l'histoire et la philologie à l'université de Saint-Pétersbourg. Sa formation a été fortement influencée par les philosophes socialistes français Henri de Saint-Simon et Charles Fourier.

En 1853, il épousa Olga Sokratovna Vassiliev. Tchernychevski aimait profondément sa jeune épouse, mais considérait leur mariage comme un « terrain d'expérimentation » pour de nouvelles idées. Il prônait l'égalité absolue des époux, ce qui était une idée révolutionnaire à l'époque.

De plus, il croyait que les femmes, en tant que l'un des groupes les plus opprimés de la société, devraient bénéficier de la plus grande liberté pour atteindre une véritable égalité. Il permettait à sa femme tout, y compris l'infidélité conjugale, estimant qu'il ne pouvait pas considérer son épouse comme sa propriété. Cette expérience personnelle se refléta plus tard dans la ligne amoureuse du roman « Que faire ».

En 1853, Tchernychevski déménagea de Saratov à Saint-Pétersbourg, où il commença sa carrière de publiciste. Son nom devint rapidement un symbole du magazine « Le Contemporain », où il fut invité à travailler par N.A. Nekrassov. En 1855, Tchernychevski défendit sa thèse « Les relations esthétiques de l'art à la réalité », dans laquelle il rejeta la recherche du beau dans les sphères abstraites de « l'art pur », affirmant : « Le beau, c'est la vie ».

À la fin des années 50 et au début des années 60, il publia activement, saisissant toute occasion d'exprimer ses opinions, et attendait une révolte paysanne après l'abolition du servage en 1861. Pour son agitation révolutionnaire, « Le Contemporain » fut fermé. Peu après, les autorités interceptèrent une lettre d'A.I. Herzen, qui était en émigration. Apprenant la fermeture du magazine, Herzen proposa à N.L. Serne-Soloviev de continuer la publication à l'étranger.

La lettre devint un prétexte pour l'arrestation, et le 7 juillet 1862, Tchernychevski et Serne-Soloviev furent enfermés dans la forteresse Pierre-et-Paul. En mai 1864, Tchernychevski fut reconnu coupable et condamné à sept ans de travaux forcés et à l'exil en Sibérie à perpétuité. Le 19 mai 1864, un rituel de « peine civile » fut publiquement exécuté sur lui.

Pendant l'enquête, Tchernychevski écrivit dans la forteresse son roman principal « Que faire ». Ce n'est qu'en 1883 qu'il fut autorisé à s'installer à Astrakhan. À ce moment-là, il était déjà un homme âgé et malade. En 1889, il fut transféré à Saratov, où il mourut peu après d'une hémorragie cérébrale.