Николай Караченцов родился 27 октября 1944 года в Москве. Отец Пётр Яковлевич Караченцов (1907—1998) много лет проработал в журнале «Огонёк» художником-графиком, заслуженный художник РСФСР (1967). Мать Янина Евгеньевна Бруна́к (1913—1998), балетмейстер-постановщик, ставила спектакли в крупнейших музыкальных театрах.

В 1967 году Николай с отличием окончил Школу-студию МХАТ (курс В. К. Монюкова) и пришёл в Московский театр имени Ленинского комсомола (с 1991 года — «Ленком»). На сцене этого театра Николай Караченцов сыграл в таких известных спектаклях, как рок-опера «Звезда и смерть Хоакина Мурьеты», «Чешское фото», «…sorry», «Шут Балакирев». Популярность актёр снискал уже в 1974 году после исполнения роли Тиля Уленшпигеля в спектакле «Тиль», а в 1980-е годы он был уже известен всей стране благодаря главной роли графа Резанова в рок-опере «Юнона и Авось», которая с успехом идёт на сцене «Ленкома» с 1981 года по сей день.

В кино Николай Караченцов начал сниматься с 1967 года: первыми фильмами с его участием стали «Штрихи к портрету В. И. Ленина», «…И снова май». Известность ему как киноактёру принесла драма «Старший сын» (1975). Николай Караченцов с равным успехом снимался в фильмах различных жанров — музыкальных, детских, приключенческих, драматических. Популярности ему прибавили роли в таких картинах, как «Собака на сене», «Благочестивая Марта», «Ярославна, королева Франции», «Приключения Электроника», «Трест, который лопнул», «Белые росы», «Человек с бульвара Капуцинов», «Криминальный квартет», «Ловушка для одинокого мужчины», «Чокнутые». Среди последних работ актёра можно назвать телефильмы «Петербургские тайны» и «Досье детектива Дубровского», историческую картину Светланы Дружининой «Тайны дворцовых переворотов», телесериал Аллы Суриковой «Идеальная пара».

Караченцов — взрывной, импульсивный, острохарактерный артист. Музыкально одарённый и спортивный, он создавал чрезвычайно яркие сценические образы, пользуясь всеми средствами своей широкой творческой палитры. Фактура Караченцова — длинное худощавое, чрезвычайно гибкое и мускулистое тело, выразительное открытое нервное лицо с искренним, смелым до дерзости и в то же время определённо плутоватым выражением, с большими подвижными глазами, крупными губами и зубами, обаятельная широкая щербатая улыбка. Обладая своеобразным пронзительным голосом и музыкальным слухом, он поёт как за кадром, так и на сцене (рок-опера «Юнона и Авось»). Голос Караченцова, высокий и резкий в молодости, с возрастом ощутимо снизился по тембру, приобрёл вальяжную хрипотцу, как из-за постоянного перенапряжения, так и вследствие долгого курения. Караченцов сам исполняет рискованные каскадёрские акробатические трюки, включая элементы скаковой акробатики, эффектные драки на кулаках, холодном оружии, стрельбу из пистолетов с любых положений, погони по крышам вагонов, автомобильные трюки, профессионально исполняет танцы любой сложности. Довольно символично, что именно Караченцов озвучивал многие кинороли, сыгранные французским актёром Жан-Полем Бельмондо, также известного своей отрицательной позицией к использованию дублёров при съёмках кино.

На сцене Караченцов чрезвычайно мобилен, манера игры нервная, острая, фонтанирующая эмоциями, часто гротескная, с элементами буффонады. В работе Караченцов всегда демонстрирует высочайшую искренность и самоотдачу, сильную и неразрывную связь со зрительным залом. Герою Караченцова присуща своеобразная, очень динамичная пластика, резкие и очень точные и ловкие движения. Наиболее характерный и плодотворный для Караченцова жанр — эксцентрическая музыкальная комедия. На протяжении без малого 40 лет Николай был неизменно любимцем театральной Москвы, а по кинофильмам его знал весь СССР.

В ночь на 28 февраля 2005 года на обледенелой дороге Мичуринского проспекта в Москве автомобиль Volkswagen Passat, за рулём которого был Николай Караченцов, попал в аварию. Артист спешил с дачи в Москву, взволнованный вестью о смерти тёщи Надежды Степановны Поргиной (1922—2005), не пристегнувшись ремнём безопасности и превышая допустимую скорость. В результате актёр получил серьёзную черепно-мозговую травму. Он был доставлен в больницу, где ему той же ночью была сделана трепанация черепа и операция на головном мозге. Как только позволило состояние пострадавшего, его перевезли в Институт Склифосовского. Караченцов пролежал 26 дней в коме. В начале июня его перевели в Центр патологии речи и нейрореабилитации. Процесс выздоровления затянулся. Лишь в мае 2007 года на гала-концерте «Звёзды сошли с небес…» (по названию самой последней песни, которую записал актёр) с презентацией дисков с песнями из репертуара Николая Караченцова актёр смог подняться на сцену, показавшись зрителям, режиссёром программы был Владислав Дружинин, поддержать Караченцова пришли Михаил Боярский, Олег Газманов, Александр Маршал, Лайма Вайкуле, Павел Смеян и другие артисты. Тогда его супруга Людмила Поргина совместно с продюсером Максимом Фёдоровым и директором Николая Петровича Мариной Ширшиковой выпустила «Антологию песен Николая Караченцова» (полное собрание на 12 компакт-дисках).

Однако речь Караченцова не восстановилась, он реагировал на окружающую обстановку вяло. Стало очевидным, что продолжать актёрскую карьеру он не может по инвалидности.

В марте — апреле 2011 года Николай Караченцов проходил курс лечения в одной из клиник Израиля. Было отмечено, что его речь улучшилась.

Уже в России на вопрос журналиста «Николай Петрович, вы прошли через столько испытаний, каждый день боретесь со страшной болезнью. Скажите, что же всё-таки помогает вам жить?» он ответил: «Все вы. Я всё преодолею. Я выдюжу, потому что меня столько людей любят!».