Н. Н. Златовратский родился 26 декабря 1845 г. в семье мелкого чиновника. Окончил владимирскую губернскую земскую гимназию (1864) и двухгодичные землемерные классы, получив звание землемера-таксатора. Оказывал помощь отцу, открывшему во Владимире публичную библиотеку, ставшую для будущего писателя «новым храмом», раздвинувшим рамки его кругозора.
В 1864 поступил вольнослушателем на словесный факультет Московского университета, но вскоре оставил его из-за отсутствия средств, выдержал экзамен в Петербургский технологический институт, однако ввиду материальной необеспеченности и в нем проучился недолго.
Некоторое время работал корректором в газете «Сын отечества». Начал печататься в 1866. Сотрудничал в журналах «Отечественные записки», где был опубликован его первый рассказ, «Искра», «Будильник», «Неделя», «Русская мысль». В 1879-81 был главным редактором журнала «Русское богатство».
С 1883 постоянно жил в Москве, где его дом приобрел известность как один из культурных центров. На литературных вечерах у Златовратского бывал Л. Н. Толстой. Имя и положение в литературе принесла Николаю Златовратскому повесть «Крестьяне-присяжные» (1874-75).
В своем творчестве писатель воссоздал широкую панораму русской пореформенной деревни. Хорошее знание деревенского быта, приобретенное в юности во время работы землемером, позволило ему нарисовать поэтичные картины крестьянской жизни и сельского труда.
Особое внимание Н.Н.Златовратский уделяет фундаментальным, по его представлениям, «устоям» деревенского быта. В рассказах «Деревенские будни» (1879), «Деревенский король Лир» (1880), «Красный куст» (1881) и др. критическое изображение пореформенной действительности сочетается с народническими иллюзиями, сказавшимися в идеализации крестьянской общины, в утверждении морального превосходства крестьян над рабочими.
В связи с тем, что развитие деревни пошло по пути, который народникам хотелось миновать, писатель пережил глубокий кризис, отразившийся в повестях «Скиталец» (1881-84), «Барская дочь» (1883). В условиях реакции 1880-х произведения Н. Н.Златовратского вызвали критические отзывы писателей демократического лагеря. Значительная часть произведений была написана на владимирском материале. В 1909 Златовратский был избран почетным академиком по разряду изящной словесности. 23 декабря 1911 года Николай Николаевич скончался от паралича сердца. Похоронен на Ваганьковском кладбище в Москве, в день своего рождения – 26 декабря.