Николай Жуковский родился 17 января 1847 года в деревне Орехово Владимирской губернии (ныне Собинский район Владимирской области) в семье Егора Жуковского, инженера-путейца из рода мелкопоместных дворян. Кроме него в семье было еще трое детей. По рассказам русского и советского ученого-механика Леонида Лейбензона, именно под влиянием отца Жуковский заинтересовался техническими науками. «Несомненно, что своими беседами и рассказами он оказал известное влияние на чисто инженерное направление ума своего впечатлительного сына, и от него-то Николай Егорович унаследовал свою необыкновенную техническую интуицию», — писал он.

В феврале 1858 года Жуковский поступил в 4-ю Московскую гимназию. Он был лучшим учеником по алгебре, геометрии и естественным наукам, но не мог совладать с иностранными языками, особенно латынью и немецким. «Когда меня вызывал немец к доске, я так трусил, что все забывал, даже заикаться, бывало, начинаешь... — вспоминал Жуковский. — А немец клетчатым платком лысину трет и только кряхтит: «Путаете, путаете», после чего в журнале красовалась единица».

Тем не менее затруднения не помешали ему в 1864 году окончить обучение с серебряной медалью и без экзаменов поступить на физико-математический факультет Московского университета (ныне МГУ). После его окончания в 1868 году Жуковский пытался учиться в Петербургском институте путей сообщения, где раньше обучался его отец и куда Жуковский мечтал поступить, еще пока учился в гимназии, но из-за нехватки денег на обучение у него тогда не было такой возможности.

«Вчера сообщили мне, что я буду принят и утвержден на первой конференции, но тем не менее могу посещать лекции с понедельника, — писал он родителям 13 ноября 1868 года. — Лекции эти не очень важны.

Вся суть в одном черчении: на него-то я и намерен исключительно приналечь. Нельзя быть хорошим инженером, не умея чертить».

Однако при зачислении в институт Жуковского не освободили от сдачи тех научных дисциплин, которые он изучал в университете. Ему пришлось заниматься одновременно по большому количеству предметов, что мешало сосредоточиться на тех, которые ему были интересны. Успехи в черчении он делал довольно слабые, да еще и постоянно болел.

После того как преподаватели института отклонили ряд чертежей Жуковского, он решил оставить его и вернулся в Орехово. Отдохнув и поправив здоровье, он стал задумываться о будущем. В августе 1870 года он начал читать лекции по физике во 2-й женской гимназии, а еще через год получил степень магистра и стал преподавать математику и механику в Московском высшем техническом училище (ныне МГТУ имени Баумана).

Жуковский был автором почти 200 работ по гидро- и аэромеханике, теоретической и прикладной механике, истории науки.

Первая из них вышла в 1876 году, когда ему было 29 лет. За исследование «О прочности движения» он получил докторскую степень в прикладной математике в 1882 году, а в 1885-м был утвержден в должности приват-доцента (примерно соответствует положению сотрудника кафедры, ожидающего появления вакансии профессора). В следующем году он стал экстраординарным профессором кафедры механики Московского университета, а с 1887 года руководил кафедрой механики МВТУ.

Начиная с первых лет научной деятельности он исследовал вопросы из областей общей механики, механики твердого тела, гидродинамики, астрономии. Он изучал вопрос об ударе твердых тел, о гироскопических приборах и маятниках, дал геометрическую интерпретацию общего случая движения твердого тела вокруг неподвижной точки. Работа в МВТУ сблизила его с передовыми инженерами и ознакомила с кругом технических задач того времени.

Занимало Жуковского и воздухоплавание.

На шестом съезде русских врачей и естествоиспытателей он заинтересовался докладом Дмитрия Менделеева, посвященным механике жидкостей и воздухоплаванию, сопровождавшимся демонстрацией различных моделей.

Когда в 1882 году смог подняться в воздух один из первых самолетов, построенный русским изобретателем Александром Можайским, выяснилась и основная теоретическая задача — установить весь процесс взаимодействия летательного аппарата с воздухом, в частности, научиться вычислять точно подъемную силу. Жуковский взялся за решение этого вопроса и смог разработать методы точных расчетов для решения всех задач, относящихся к развитию аэронавтики.

Наиболее важных результатов Жуковский достиг в области аэромеханики, за что Ленин называл его «отцом русской авиации».

Здесь Жуковскому принадлежали все основные идеи, которые и сейчас остаются основополагающими для деятельности ученых и инженеров в области авиации. Он исследовал парение различных моделей, заложил основы теории расчета и подъемной силы крыла самолета, доказал, что изогнутая форма профиля крыла более выгодна, чем плоская, создал вихревую теорию гребного винта. Исследовал он и вопросы прочности самолетов.

К исследованиям Жуковский часто привлекал молодежь. Осенью 1909 года он открыл при Императорском училище правоведения научный воздухоплавательный кружок, где со студентами занимался теоретическими и экспериментальными исследованиями авиационных проблем. Под его руководством они проектировали и изготовляли аэродинамические трубы, измерительную аппаратуру, планеры и модели самолетов, которые сами же и испытывали. В этом кружке учился управлять планером и Андрей Туполев, впоследствии ставший известным авиаконструктором.

В января 1911 года Жуковский выступил с речью в Политехническом музее. «Когда человек прошел уже большую часть своего жизненного пути, — говорил он, — тогда перед его умственным взором невольно встает то, что составляло главное содержание его жизни.

Для меня главный жизненный интерес сосредотачивался на возлюбленной мною науке — механике».

После начала Первой мировой войны при участии Жуковского в МВТУ велись курсы подготовки военных летчиков, где слушатели изучали теоретические основы авиации. За три года их окончили 242 человека. Там же, в МВТУ, Жуковский и его ученики проводили исследования в области авиационного бомбометания.

В 1918 году при активном участии Жуковского был создан Центральный аэрогидродинамический институт, сейчас носящий его имя, в 1920-м — Московский авиатехникум (ныне Военно-воздушная инженерная академия им. Н.Е. Жуковского). Также в 1920 году был издан декрет Совета народных комиссаров за подписью В.И. Ленина об учреждении премии им. Н.Е. Жуковского за лучшие труды по математике и механике, об издании трудов Жуковского, а также о ряде льгот для самого ученого. Однако в феврале Жуковский заболел воспалением легких, в июне перенес удар, в конце года подхватил брюшной тиф, под Новый год случился еще один удар. 17 марта 1921 года он скончался. Похоронен Жуковский был на кладбище Донского монастыря в Москве.

Сейчас в честь Жуковского назван город в Московской области и микрорайон в Харькове, его имя носят премии и стипендии, учебные заведения и кафедры. Также имя Жуковского присвоено кратеру на обратной стороне Луны.