Николай Алексеевич Островский родился в селе Вилия Острожского уезда Волынской губернии Российской империи (сейчас — Острожский район Ровненской области, Украина) в семье унтер-офицера и акцизного чиновника Алексея Ивановича Островского.
Досрочно был принят в церковно-приходскую школу «по причине незаурядных способностей»; школу окончил в 9 лет, в 1913 году, с похвальным листом. Вскоре после этого семья переехала в Шепетовку. Там Островский с 1916 года работал по найму: сначала на кухне вокзального ресторана, затем кубовщиком, рабочим материальных складов, подручным кочегара на электростанции. Одновременно учился в двухклассном (с 1915 по 1917 годы), а затем высшем начальном училище (1917—1919 годы). Сблизился с местными большевиками, во время немецкой оккупации участвовал в подпольной деятельности, в марте 1918 — июле 1919 был связным Шепетовского ревкома.
20 июля 1919 вступил в комсомол, 9 августа ушёл на фронт добровольцем. Воевал в кавалерийской бригаде Г. И. Котовского и в 1-й Конной армии. В августе 1920 года был тяжело ранен в спину под Львовом (шрапнелью) и демобилизован. Участвовал в борьбе с повстанческим движением в частях особого назначения (ЧОН). По некоторым данным, в 1920—1921 годах был сотрудником ЧК в Изяславе.
В 1921 году работал помощником электромонтёра в Киевских главных мастерских, учился в электротехникуме, одновременно был секретарём комсомольской организации.
В 1922 году участвовал в строительстве железнодорожной ветки для подвоза дров в Киев, при этом сильно простудился, затем заболел тифом. После выздоровления — комиссар батальона Всевобуча в Берездове (в пограничном с Польшей районе), был секретарём райкома комсомола в Берездове и Изяславе, затем секретарём окружкома комсомола в Шепетовке (1924 год). В том же году вступил в ВКП(б).
По официальной версии, на состоянии здоровья Островского сказались ранение и тяжёлые условия работы. Окончательный диагноз — «прогрессирующий анкилозирующий полиартрит, постепенное окостенение суставов». Современные врачи на основании сохранившихся данных о состоянии здоровья писателя и течения его болезни выдвигают гипотезу, что Островский был болен анкилозирующим спондилоартритом, известным также как болезнь Бехтерева, который мог носить наследственный характер.
Осенью 1927 года начинает писать автобиографический роман «Повесть о „котовцах“», но спустя полгода рукопись была утеряна при пересылке. С конца 1930 года он с помощью изобретённого им трафарета начинает писать роман «Как закалялась сталь». Посланная в журнал «Молодая гвардия» рукопись получила разгромную рецензию: «выведенные типы нереальны». Однако Островский добился вторичного рецензирования рукописи. После этого рукопись редактировали заместитель главного редактора «Молодой гвардии» Марк Колосов и ответственный редактор Анна Караваева. Островский признавал большое участие Караваевой в работе с текстом романа; также он отмечал участие Александра Серафимовича, который «отдавал мне целые дни своего отдыха». В ЦГАЛИ есть фотокопии рукописи романа, которые зафиксировали почерки 19 человек. Официально считается, что Островский диктовал текст книги «добровольным секретарям». В пользу этой точки зрения свидетельствует то,что Н. Островский в своих письмах подробно рассказывает о своей работе над романом, существуют воспоминания современников — свидетелей работы писателя над книгой. Текстологические исследования подтверждают авторство Н. Островского.
В апреле 1932 года журнал «Молодая гвардия» начал публиковать роман Островского; в ноябре того же года первая часть вышла отдельной книгой, за ней вышла и вторая часть. Роман сразу же приобрёл большую популярность в СССР.
В 1935 году Островский был награждён орденом Ленина, ему были подарены дом в Сочи и квартира в Москве на улице Горького (ныне его дом-музей), присвоено звание бригадного комиссара; последние несколько месяцев он был окружён всеобщим почётом, принимая на дому читателей и писателей. Московский Мёртвый переулок (ныне Пречистенский), на котором он жил в 1930-1932 гг., был переименован в его честь. Николай Островский взял на себя обязательство написать новый роман «Рождённые бурей» (под тем же названием, что и утраченный ранний роман, но на другой сюжет) в трёх частях и успел написать первую часть, но роман был признан слабее предыдущего, в том числе самим Островским. Рукопись романа была в рекордные сроки набрана, отпечатана, и экземпляры книги дарили близким на похоронах писателя. Посетивший Островского Андре Жид восхищённо отзывался о нём в своей книге «Возвращение из СССР», в целом выдержанной в критических тонах по отношению к СССР.
Николаю Островскому установлены памятники в нескольких городах Украины, России и мира:
Могила на Новодевичьем кладбище в Москве.
Бюст в Краматорске.
Настенный памятный знак в г. Экартсбург (Eckartsburg), Германия.
В этом доме в 1935—1936 годах жил и творил Николай Алексеевич Островский. Теперь здесь музей. Москва, Тверская ул., 14.
Памятный знак на доме-музее Н.А.Островского в Москве.
Почтовая марка СССР, посвящённая Н. Островскому.
Почтовая марка СССР «50-лет со дня рождения Н. Островского».