Родился и вырос на хуторе Коржовка Великощимельской волости Городнянского уезда Черниговской губернии (с 1924 — г. Сновск, ныне райцентр Щорс Черниговской области Украины). Родился в семье зажиточного крестьянина-землевладельца (по другой версии — из семьи железнодорожника).
В 1914 году окончил военно-фельдшерскую школу в Киеве. В конце года Российская империя вступила в Первую мировую войну. Николай отправился на фронт сначала военным фельдшером.
В 1916 году 21-летний Щорс был направлен на четырёхмесячный ускоренный курс в Виленское военное училище, которое к тому времени было эвакуировано в Полтаву. Затем младший офицер на Юго-Западном фронте. В составе 335-го Анапского пехотного полка 84-й пехотной дивизии Юго-Западного фронта Щорс провёл почти три года. На войне Николай заболел туберкулёзом, и 30 декабря 1917 года (после Октябрьской революции 1917 года) подпоручик Щорс был освобождён от военной службы по болезни и уехал на родной хутор.
В феврале 1918 года в Коржовке Щорс создал красногвардейский партизанский отряд, в марте — апреле командовал объединённым отрядом Новозыбковского уезда, который в составе 1-й революционной армии участвовал в боях с германскими интервентами.
В сентябре 1918 года сформировал в районе Унечи из отдельных партизанских отрядов 1-й Украинский советский полк им. Богуна. В октябре — ноябре командовал Богунским полком в боях с германскими интервентами и гетманцами, с ноября 1918 — 2-й бригадой 1-й Украинской советской дивизии (Богунский и Таращанский полки), которая захватила Чернигов, Киев и Фастов, отбив их от войск Украинской директории.
5 февраля 1919 года был назначен комендантом Киева и по решению Временного рабоче-крестьянского правительства Украины награжден почётным оружием.
С 6 марта по 15 августа 1919 года Щорс командовал 1-й Украинской советской дивизией, которая в ходе стремительного наступления отбила у петлюровцев Житомир, Винницу, Жмеринку, разбила главные силы петлюровцев в районе Сарны — Ровно — Броды — Проскуров, а затем летом 1919 года оборонялась в районе Сарны — Новоград-Волынский — Шепетовка от войск Польской Республики и петлюровцев, но была вынуждена под давлением превосходящих сил отойти на восток.
С 21 августа 1919 — командир 44-й стрелковой дивизии (в неё влилась 1-я Украинская советская дивизия), которая упорно обороняла Коростенский железнодорожный узел, что обеспечило эвакуацию Киева (31 августа захвачен войсками Деникина) и выход из окружения Южной группы 12-й армии.
30 августа 1919 года, находясь в передовых цепях Богунского полка, в бою против 7-ой бригады II-го корпуса УГА около села Белошица (ныне село Щорсовка Коростенского района Житомирской области, Украина) Щорс был убит при невыясненных обстоятельствах. Его застрелили в затылок с близкого расстояния, предположительно с 5—10 шагов.
Тело Щорса перевезли в Самару, где и похоронили на православном Всехсвятском кладбище (ныне — территория Самарской кабельной компании). По одной из версий, его вывезли именно в Самару, так как там проживали родители его жены Фрумы Ефимовны.
В 1949 году в Куйбышеве была произведена эксгумация останков Щорса. 10 июля 1949 года в торжественной обстановке прах Щорса перезахоронили на главной аллее Куйбышевского городского кладбища. В 1954 году, когда отмечался трёхсотлетний юбилей воссоединения России и Украины, на могиле был установлен гранитный обелиск. Архитектор — Алексей Моргун, скульптор — Алексей Фролов.
Официальная версия о том, что Щорс погиб в бою от пули петлюровского пулемётчика, с началом «оттепели» 1960-х годов стала подвергаться критике.
Первоначально исследователи убийство командира инкриминировали только командующему Харьковским военным округом Ивану Дубовому, который в годы Гражданской войны был заместителем Николая Щорса в 44-й дивизии. В сборнике 1935 года «Легендарный начдив» помещено свидетельство Ивана Дубового: «Противник открыл сильный пулемётный огонь и, особенно помню, проявлял „лихость“ один пулемёт у железнодорожной будки… Щорс взял бинокль и начал смотреть туда, откуда шёл пулемётный огонь. Но прошло мгновение, и бинокль из рук Щорса упал на землю, голова Щорса тоже…». Голову смертельно раненного Щорса бинтовал Дубовой. Щорс умер у него на руках. «Пуля вошла спереди, — пишет Дубовой, — и вышла сзади», хотя он не мог не знать, что входное пулевое отверстие меньше выходного. Когда медсестра Богунского полка Анна Розенблюм хотела сменить первую, весьма поспешную повязку на голове уже мёртвого Щорса на более аккуратную, Дубовой не разрешил. По распоряжению Дубового тело Щорса без медицинского освидетельствования отправили для подготовки к захоронению. Свидетелем гибели Щорса был не только Дубовой. Рядом находились командир Богунского полка Казимир Квятык и уполномоченный реввоенсовета 12-й армии Павел Танхиль-Танхилевич, посланный с инспекцией членом РВС 12-й армии Семёном Араловым, ставленником Троцкого.
Вероятным исполнителем убийства красного командира называется Павел Самуилович Танхиль-Танхилевич. Ему было двадцать шесть лет, родился он в Одессе, закончил гимназию, разговаривал по-французски и по-немецки. Летом 1919 года стал политическим инспектором Реввоенсовета 12-й армии. Через два месяца после гибели Щорса он уехал с Украины и прибыл на Южном фронте в качестве старшего цензора-контролёра Военно-цензурного отдела Реввоенсовета 10-й армии.
Эксгумация тела, произведённая в 1949 году в Куйбышеве при перезахоронении, подтвердила, что он был убит с близкого расстояния выстрелом в затылок. Под Ровно позже был убит щорсовец Тимофей Черняк — командир Новгород-Северского полка. Потом умер Василий Боженко, командир бригады. Его отравили в Житомире (по официальной версии, умер в Житомире от воспаления лёгких). Оба были ближайшими сподвижниками Николая Щорса.