Заслуженный профессор Московского университета, профессор теоретической механики Императорского Московского технического училища (с 1918 — Московского высшего технического училища); член-корреспондент Императорской Академии наук по разряду математических наук (1894).
Родился в деревне Орехово под Владимиром (ныне Собинский район Владимирской области) в семье инженера. В феврале 1858 года Николай Жуковский поступил в 4-ю Московскую гимназию. Учась в гимназии, Жуковский мечтал стать — как отец — инженером-путейцем, учиться в Петербургском институте путей сообщения, но этого не позволили весьма ограниченные средства его родителей; плата за обучение в Московском университете была существенно ниже. Поэтому, закончив в 1864 году гимназию с серебряной медалью, Николай Жуковский без экзаменов был зачислен на физико-математический факультет Московского университета. По окончании университета в 1868 году, пытался учиться в Петербургском институте путей сообщения, но неуспешно. 15 августа 1870 года Жуковский занял место преподавателя физики во 2-й женской гимназии вместо уехавшего в Одессу профессора физики Н. А. Умова. В 1871 году сдал магистерские экзамены и стал преподавать математику (с конца 1871 года) и механику ( сначала 1872 года) в Московском высшем техническом училище; 14 сентября 1874 года Жуковский утверждён доцентом кафедры аналитической механики училища; 4 ноября 1876 года состоялась публичная защита магистерской диссертации; 30 апреля 1882 года Жуковский защитил диссертацию на степень доктора прикладной математики, представив работу «О прочности движения». С 1886 года Н. И. Жуковский - экстраординарный профессор Московского университета по кафедре прикладной математики.
В 1890 году появилась публикация в Математическом сборнике Московского университета большой работы «Видоизменение метода Кирхгофа для определения движения жидкости в двух измерениях при постоянной скорости, данной на неизвестной линии тока».
Работы Жуковского в области аэродинамики явились источником основных идей, на которых строится авиационная наука. Он всесторонне исследовал динамику полёта птиц, 3 ноября 1891 года сделал доклад «О парении птиц». В 1892 году сделал доклад «По поводу летательного снаряда Чернушенко»; составив основные уравнения динамики для центра тяжести планирующего тела (то есть, при постоянном угле атаки), Жуковский нашёл траектории при различных условиях движения воздуха, в том числе теоретически предсказал возможность мёртвой петли.
В 1894 году Жуковский был избран членом-корреспондентом Академии наук.
В 1897—1898 годах Н. И. Жуковский исследовал причины возникновения аварий в Московском водопроводе; 21 февраля 1898 года сделал на собрании ученых и инженеров в Политехническом обществе доклад о явлениях гидравлического удара, вскрыв его механизм, вывел формулы, связывающие скорость течения, давление, плотность и радиус трубы, зависящие от времени и расстояния рассматриваемого сечения от выбранного начала координат. Осенью 1898 года на Х съезде русских естествоиспытателей и врачей Жуковский прочитал обзорный доклад «О воздухоплавании».
В 1904 году Жуковский открыл закон, определяющий подъёмную силу крыла самолёта; определил основные профили крыльев и лопастей винта самолёта; разработал вихревую теорию воздушного винта.
В 1905 году он был избран президентом Московского математического общества.
15 ноября 1905 года Жуковским был прочитан доклад «О присоединенных вихрях», заложивший теоретическую основу развития методов определения подъемной силы крыла аэроплана; в 1906 году он опубликован в виде отдельной научной работы.
В техническом училище в 1908 году он создал Воздухоплавательный кружок, из которого впоследствии вышли многие известные деятели авиации и техники: А. А. Архангельский, В. П. Ветчинкин, Г. М. Мусинянц, Сабинин, Б.С.Стечкин, А. Н. Туполев, Б. Н. Юрьев; в 1909 году Жуковский возглавил создание аэродинамической лаборатории в Московском высшем техническом училище.
При его активном участии были созданы Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ), Московский авиатехникум (Военно-воздушная академия).
В ознаменование 50-летия научной деятельности Жуковского и больших заслуг его как «отца русской авиации» в 1920 году был издан декрет Совета Народных Комиссаров за подписью В. И. Ленина об учреждении премии им. Н. Е. Жуковского за лучшие труды по математике и механике, об издании трудов Жуковского, а также о ряде льгот для самого учёного. В связи со 100-летием со дня рождения Жуковского в январе 1947 года Совет Министров СССР учредил 2 ежегодные премии им. Н. Е. Жуковского, стипендии им. Н. Е. Жуковского для студентов старших курсов Московского университета, Московского авиационного института и МВТУ им. Н. Э. Баумана; в Москве и городе Жуковском Московской области сооружены памятники учёному, создан научно-мемориальный музей Жуковского в Москве, реставрирован дом-музей на родине Жуковского.
Похоронен на кладбище Донского монастыря в Москве.
В своей речи «Старая механика в новой физике», произнесённой 3 марта 1918 года в Московском математическом обществе, Жуковский, в частности, сказал:
Жуковский поддержал деятельность Н. П. Кастерина по выводу уравнений Максвелла в классической форме. Жуковский упомянул доклад Кастерина в Петроградскую Академию наук об анализе опытов Бехерера над полетом ?-частиц, выделяющихся из радия, и их несоответствие формуле Эйнштейна. Жуковский предположил в этой речи, что механику эфира можно построить на основе классических представлений, используя аналогию трубок Фарадея с вихрями несжимаемой жидкости.
Издан ряд книг о Н. Е. Жуковском, в частности:
Почтовая марка СССР, 1941 год
Почтовая марка СССР, 1941 год
Почтовая марка СССР, 1941 год
Почтовая марка СССР, 1947 год
Почтовая марка СССР, 1947 год
Почтовая марка СССР из серии «Деятели отечественной авиации», посвящённая Н. Е. Жуковскому, 1963, 16 копеек (ЦФА 2915, Скотт 2774)
Почтовый блок СССР, на полях блока слова Жуковского, 1969, 50 копеек (ЦФА 3835, Скотт 3681)
Монумент Жуковскому недалеко от станции метро Динамо в Москве
Монумент Жуковскому около одноимённого Харьковского авиационного института
Бюст А.Е. Жуковского на Воробьёвых горах рядом с МГУ