Камов родился 1 сентября 1902 года. Приехал в Томск и поступил в Томский технологический институт, когда ему не было ещё и 16 лет.

С 1918 по 1923 годы он учился на мехфаке и сидел за одной партой с известным в то время русским лётчиком, Героем Франции, отличившимся в битве за Верден, Харитоном Славороссовым. Вероятно, Славороссов и заразил Камова любовью к авиации и авиастроению.

В 20 лет Камов с отличием окончил ТТИ, войдя в историю вуза как самый молодой студент, выпускник и инженер.

В 1929 году вместе с Николаем Скржинским Камов создал первый советский автожир Каскр-1 «Красный инженер».

В 1935 под руководством Камова был создан боевой автожир А-7, использовавшийся во время Великой Отечественной войны.

В 1940 году Камов стал главным конструктором КБ по вертолётостроению. Именно Камов придумал само слово «вертолёт».

Под руководством Камова были созданы вертолёты Ка-8 (1948), Ка-10 (1953), Ка-15 (1956), Ка-18 (1960), Ка-25 (1968), Ка-26 (1967), винтокрыл Ка-22 (1964), аэросани Север-2 и Ка-30, глиссер.

Имя Камова носит Ухтомский вертолётный завод (с 1992 — ОАО «Камов»), расположенный в г. Люберцы.

Николай Ильич Камов умер 24 ноября 1973 года. Похоронен в Москве на Новодевичьем кладбище (участок № 7).