Родители неизвестны. В 1891 ему было присвоена фамилия усыновившей его дочери майора Веры Гавриловны Уструговой. Отчество получил по крёстному отцу.
Окончил Комиссаровское техническое училище (1897) и Санкт-Петербургский институт путей сообщения (1902).
В ночь с 25 на 26 января 1918 на тайном заседании Сибирской областной думы был заочно и без согласия с его стороны избран министром путей сообщения в левоцентристском антибольшевистском правительстве П. Я. Дербера. В апреле 1918 на заседании собрания акционеров Китайской Восточной железной дороги (КВЖД) был избран членом временного правления КВЖД, входил в состав так называемого «Делового кабинета» во главе с генералом Д. Л. Хорватом в качестве министра путей сообщения.
С 4 ноября 1918 — министр путей сообщения Временного Всероссийского правительства, с 18 ноября 1918 — Российского правительства, действовавшего при Верховном правителе А. В. Колчаке. С 19 ноября 1918 г., одновременно, заместитель председателя Совета министров. Считался одним из наиболее компетентных членов правительства А. В. Колчака, мало интересовался политическими вопросами. В марте 1919 года во Владивостоке подписал соглашение по управлению Транссибирской магистралью с союзниками из Междусоюзного комитета, которое должно было улучшить пропускную способность, увеличить и упорядочить грузоперевозки этой железной дороги. Однако, по мнению историков, между Уструговым и американским инженером Стивенсом возникло двоевластие, отрицательно сказавшееся на работе магистрали.
Осенью 1919 г. исполнял обязанности заведующего (начальника) военных сообщений тыла на правах помощника начальника штаба Верховного Главнокомандующего (министерством в это время управлял товарищ министра путей сообщения А. М. Ларионов).
В 1920 эмигрировал в Китай. Жил в Харбине, в 1924—1935 был втором ректором Харбинского политехнического института, в котором получали инженерное образование русские эмигранты.
В 1935 вернулся в СССР вместе с сотрудниками КВЖД — советскими гражданами. Некоторое время работал по специальности в Народном комиссариате путей сообщения в Москве. 7 октября 1937 был арестован. 15 февраля 1938 приговорён Военной коллегией Верховного суда СССР к расстрелу по обвинению в шпионаже и участии в контрреволюционной организации. В тот же день расстрелян.
Реабилитирован в мае 1989 г. Пленумом Верховного Суда СССР.
Дмитриев Н. И. Министры-путейцы // Белая армия. Белое дело. Исторический научно-популярный альманах. № 10. Екатеринбург, 2002.