Сестра — Массалитинова, Варвара Осиповна.
Николай Массалитинов родился 24 февраля 1880 года в городе Елец Орловской (ныне Липецкой) области.
Детство и юность прошли в Томске, гимназистом Массалитинов принимал участие в любительских спектаклях. В 1900 году поступил на медицинский факультет Томского университета, за участие в студенческой демонстрации был исключен из университета. Перешёл в Технологический институт, но был по той же причине исключен и оттуда. В 1904 по совету сестры (к тому времени актрисы Малого театра) переехал в Москву. В 1907 году окончил школу Малого театра (педагог А. А. Федотов). Присутствовавшие на выпускном спектакле училища К. С. Станиславский и Вл. И.Немирович-Данченко пригласили его в МХТ.
В 1913—1916 годах руководил совместно с Н. Г. Александровым и Н. А. Подгорным частной школой драматического искусства («Школа трех Николаев»), послужившей основанием 2-й студии МХТ.
В июне 1919 года «качаловская группа», в состав которой входил Массалитинов, в результате Гражданской войны оказалась отрезанной от Москвы. После выступлений в Харькове, Одессе, Екатеринодаре, Тбилиси, Батуме «качаловская группа» «Вишнёвым садом» открыла гастроли в Софии 20 октября 1920.
С 18 января 1921 выступления продолжились в Белграде, Загребе, Любляне, затем в Праге. После возвращения части группы в Москву Массалитинов вместе с оставшимися актёрами играл в составе Пражской труппы, возглавляемой М.Германовой, в Городском театре.
Он постоянно делал какие-то попытки вернуться на родину и в свой МХТ, в архивах сохранилась его переписка с В.И. Немировичем-Данченко, но все оказалось тщетно. Однако из переписки с другими актёрами становится ясно, что и в Москве у самых популярных и награждаемых актёров далеко не все складывалось благополучно, хотя, конечно это нельзя сравнивать с условиями вынужденной эмиграции.
Наталья Вагапова, историк театра, автор книги «Русская театральная эмиграция» в Центральной Европе и на Балканах», С-Петербург, издательство «Алетейя»:
В 1924 году Массалитинов создал частную театральную школу в Берлине, а с 1925 года жил и работал в Болгарии.
Умер Николай Массалитинов 22 марта 1961 года в Софии.