Окончил факультет психологии МГУ и там же аспирантуру. Защитил кандидатскую диссертацию в 1981 г. («Анализ спорадических ошибок оператора и способы их предупреждения»; научные руководители Л. П. Щедровицкий и В. П. Зинченко). В 1994 году в Специализированном совете Всероссийского научно-исследовательского института технической эстетики защитил докторскую диссертацию («Психология виртуальных реальностей и анализ ошибок оператора»). Присвоено звание профессора. После защиты кандидатской диссертации работал в различных научно-исследовательских институтах Москвы. В 1990 году поступил на работу во Всесоюзный межведомственный центр наук о человеке, созданный И. Т. Фроловым и руководимый В. П. Зинченко. В 1991 г. на базе Центра был создан Институт человека РАН, в котором была организована Лаборатория виртуалистики под руководством Н. А. Носова. В 1997 году лаборатория была преобразована в Центр виртуалистики под руководством А. Н. Носова. Дальнейшая его научная биография была связана с Центром виртуалистики Института человека РАН.
К сожалению, внезапная ранняя смерть талантливого ученого не позволила ему осуществить все задуманное.
Виртуальной проблематикой он начал заниматься с 1984 г. В этом году, при обсуждении с О. И. Генисаретским проблемы духовного восхождения и нисхождения человека, были теоретически выявлены особые психические события, которые не были описаны в психологии и названы О. И. Генисаретским виртуальными. В 1985 году Н. А. Носов, проведя специальное исследование летчиков-испытателей истребителей, выявил существование виртуальных событий в деятельности летчиков и описал характеристики виртуального события. В 1996 году результаты этого исследования были опубликованы. В 1986—1987 гг. Н. А. Носов совместно с Л. П. Щедровицким и О. Ю. Мартемьяновым на факультете психологии МГУ и в 1987 году совместно с Т. В. Носовой в Институте авиационной и космической медицины провел широкомасштабные экспериментальные исследования виртуальных событий. В 1990 году была опубликована основополагающая работа Н. А. Носова «Ошибки пилота: психологические причины», где впервые рассматривались виртуальные механизмы ошибок летчика. В начале 1994 года Н. А. Носов прочитал доклад на Отделении философии, социологии, психологии и права РАН по теме «Психологические виртуальные реальности». В 2000 году была опубликована главная его работа «Виртуальная психология», которая пользуется с тех пор постоянным интересом среди специалистов.