Родился в семье священника Нижегородской Никольской Верхнепосадской церкви Александра Ивановича Добролюбова (1812—6.08.1854), известного тем, что тайно обвенчал П. И. Мельникова-Печерского. Мать — Зинаида Васильевна, урождённая Покровская (1816—8.03.1854).
С восьмилетнего возраста с ним занимался семинарист философского класса М. А. Костров, который впоследствии женился на сестре своего ученика. С детства много читал и писал стихи, так что в тринадцатилетнем возрасте переводил Горация.
Получив хорошую домашнюю подготовку, в 1847 году был принят сразу на последний курс четвёртого класса духовного училища. Затем учился в Нижегородской духовной семинарии (1848—1853). Среди характеристик, даваемых ему тогдашними наставниками: «Отличается тихостью, скромностью и послушанием», «усерден к богослужению и вёл себя примерно хорошо», «отличается неутомимостью в занятиях».
Николай Добролюбов с отцом. 1854 г. Фото И. Ф. Александровского.А. Л. Катанский, учившийся в той же семинарии, вспоминал: «Добролюбов поражал нас своим видом очень благовоспитанного юноши, скромного, изящного, всегда хорошо одетого, с нежным, симпатичным лицом. Он был похож на красную девушку…» в 1853 году «он приехал в Петербург, не окончив полного семинарского курса, хотя его биографы и утверждают, будто он его окончил <…> Н. А. стремился собственно в университет, но этого не желал его отец, а потому он избрал СПб. академию. Приехав в С.-Петербург, <…> узнал, что одновременно (с 17 августа) производятся приёмные экзамены в Педагогический институт, <…> что институт есть высшее учебное заведение, не хуже университета, с полным казённым содержанием. Он и решился попробовать держать там экзамены. К ним он допущен был без документов. <…> По выдержании экзаменов в институт, начал он хлопотать о получении документов из академии». В институте в это время преподавало несколько выдающихся профессоров — Лоренц, Благовещенский, Срезневский.
В марте 1854 года умерла мать, в августе — отец. У Добролюбова произошёл духовный перелом, который он назвал «подвигом переделыванья» себя. В декабре 1854 года было написано его первое политическое стихотворение — «На 50-летний юбилей Н. И. Греча»; начались первые столкновения с администрацией института в лице директора И. И. Давыдова. С этого времени Добролюбов начал разделять радикальные антимонархические, антирелигиозные и антикрепостнические воззрения, что нашло отражение в его многочисленных «крамольных» сочинениях того времени — в стихах и прозе, в том числе в рукописных студенческих журналах: в 1855 году он начал выпускать нелегальную газету «Слухи», в которой помещал свои стихи и заметки революционного содержания.
В начале лета 1856 года произошло знакомство Добролюбова с Н. Г. Чернышевским; 24 июля 1856 года была напечатана его первая статья в «Санкт-Петербургских ведомостях» за подписью Николай Александрович; затем в «Современнике» появилась его статья «Собеседник любителей российского слова». С 1857 года руководил критико-библиографическим отделом «Современника», с 1859 вёл сатирический отдел «Свисток».
В 1857 году Н. А. Добролюбов блестяще окончил институт, но за вольнодумство его лишили золотой медали. Некоторое время он был домашним наставником у князя Куракина; в 1858 году стал репетитором по русской словесности во 2-м кадетском корпусе.
В мае 1860 года он выехал за границу для лечения обострившегося туберкулёза; жил в Швейцарии, Германии, Франции, Италии. В июле 1861 года вернулся на родину безнадёжно больным.
Умер от туберкулёза в 25 лет, за год до смерти лечился за границей и много ездил по Европе. Незадолго до смерти попросил снять себе новую квартиру, чтобы не оставлять после собственной кончины неприятный осадок в домах своих знакомых. До самой последней минуты был в сознании.
