Академик АН СССР (1939), ВАСХНИЛ (1938; в 1938—1948 вице-президент). Дважды Герой Социалистического Труда (1968, 1978); Лауреат Ленинской (1978) и Сталинской премии второй степени (1943).
Родился 18 декабря 1898 года в Саратове. Выходец из бедной крестьянской семьи, подростком работал на фабрике в Саратове.
В годы гражданской войны Николай Васильевич был военным комиссаром, с оружием в руках защищал Советскую республику. Советская власть открыла молодому рабочему путь к образованию. Он учился на рабфаке, а затем в Саратовском сельскохозяйственном институте.
Окончил Саратовский институт сельского хозяйства и мелиорации (1927).
После окончания института он работал на Саратовской сельскохозяйственной опытной станции. Общение с такими выдающимися селекционерами, как Н. Г. Мейстер, А. П. Шехурдин, П. Н. Константинов, определило дальнейшее направление работ молодого ученого. С самого начала его заинтересовала проблема создания более продуктивных сортов главной продовольственной культуры — пшеницы — на основе отдаленной гибридизации. Работая агрономом одного из отделений зерносовхоза «Гигант» Сальского района Ростовской области, Цицин скрестил пшеницу с пыреем и впервые получил пшенично-пырейный гибрид, что стало началом его работы в этом направлении. Он широко вовлекал в скрещивание дикорастущие и культурные растения, прошедшие самостоятельные эволюционные пути, определившие их генетическую обособленность. Исследования, проводимые ученым в этом направлении, позволили создавать новые сорта растений.
В 1931—1937 заведующий организованной им лабораторией пшенично-пырейных гибридов, в 1938—1948 председатель Государственной комиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур при министерстве сельского хозяйства СССР, в 1940—1957 заведующий лабораторией отдалённой гибридизации АН СССР, с 1945 директор Главного ботанического сада АН СССР.
Председатель правления Совета ботанических садов АН СССР. Основные труды посвящены отдалённой гибридизации растений. От скрещивания пшеницы с пыреем получил новый вид пшеницы (Triticum agropynotriticum). Автор сортов пшенично-пырейных гибридов. Почётный член ряда академий социалистических стран. Президент (1958—1970) и вице-президент (с 1970) Советско-индийского общества дружбы и культурных связей.
Член ВКП(б) с 1938 года. Делегат XX-го съезда КПСС. Депутат Верховного Совета СССР 1-го, 3-го и 4-го созывов.
Памятная доска академику Н.В. Цицину установлена на Доме на набережной
Памятная доска академику Н.В. Цицину установлена у главного корпуса ботанического сада им. Н. В. Цицина РАН