Николай Тимофеев родился 26 декабря 1921 года в Баку. Семья его к искусству не имела никакого отношения - отец был бухгалтером, а мать домохозяйкой. В ходе Великой Отечественной войны Тимофеев был непосредственным участником ожесточенных боев за Москву.
Так как он еще в школьные годы участвовал в художественной самодеятельности, после демобилизации решил попробовать себя на актерском поприще и поступить в театральный институт. Тимофеев успешно сдал экзамены в училище им. Щукина, где учился с Михаилом Ульяновым, Юрием Катиным-Ярцевым и другими ставшими в последствии знаменитыми актерами.
По окончании училища Тимофеев был принят в театр Вахтангова, где прослужил до конца дней. Природа наградила его внешностью, которую режиссеры удачно использовали для воплощения образа человека благородного и бескорыстного, настоящего героя того времени. Кроме того, актеру очень шла военная форма, что позволяло ему снимать в военных фильмах ролей.
Тимофеев сыграл более 50 ролей в кино, и ни одной отрицательной. Он и в жизни был человеком глубоко порядочным, но в то же время требовательным, в первую очередь к себе, чем заслужил уважение окружающих. Однако актер не стал заложником одного амплуа. На сцене он играл как драматические, так и комедийные роли: Инсаров в пьесе «Накануне» Тургенева, Жан Вальжан в «Отверженных» Гюго, Казанец в «Стряпухе» Софронова, Барах в «Принцессе Турандот» Гоцци.
В фильме «Дикая собака динго» он играет умного, мужественного офицера Сабанеева, отца Тани, главной героини. Здесь он не только доблестный офицер, но и тонкий, понимающий человек. И если Таня поначалу относится к нему настороженно, со временем они становятся по-настоящему близкими людьми. Это одна из лучших ролей Тимофеева.
По воспоминаниям близких, Николай Дмитриевич в свободное время любил заниматься хозяйственными делами, был мастером на все руки, рисовал, много читал, был заядлым автомобилистом.
Николай Тимофеев ушел из жизни 25 сентября 1999 года, навсегда оставшись в памяти как актер, воплотивший лучшие черты людей своей эпохи.