Николай Ге родился в Воронеже, в семье помещика. Дед художника эмигрировал из Франции в конце XVIII века (по-французски его фамилия писалась Gay). Раннее детство Николая прошло в деревне, а в 1841 году его привезли в Киев, где он поступил в Первую киевскую гимназию. По окончании гимназии поступил на физико-математический факультет сначала Киевского, потом Петербургского университета.
В 1850 году Ге бросил университет и поступил в Академию художеств, где занимался под руководством П. Басина. В академии Ге пробыл семь лет. За работу «Ахиллес оплакивает Патрокла» он в 1855 году получил малую золотую медаль. Работа «Саул у Аэндорской волшебницы» в 1857 году принесла ему уже большую золотую медаль и командировку за границу. В Париже на него сильное впечатление произвели Салон 1857 и посмертная выставка произведений Поля Делароша. В Риме он познакомился с А. Ивановым.
В этот период, как и в бытность свою в академии, Ге писал портреты, кроме того, у него появляются эскизы — «Смерть Виргинии» (1857), «Любовь Весталки» (1858) и «Разрушение Иерусалимского храма» (1858). Этими последними работами Ге остался недоволен. На некоторое время Ге бросает работы на исторические темы и пишет с натуры, совершает поездку в Неаполь, где пишет множество этюдов. В 1860 году он покидает Рим и переселяется во Флоренцию, где пытается писать эскиз «Смерть Ламбертации» (1860), но вскоре бросает эту работу.
В 1861 году Ге начал писать «Тайную вечерю», а в 1863 году привёз её в Петербург и выставил на осенней выставке в Академии Художеств. Картина произвела на публику сильное впечатление. За «Тайную вечерю» Ге получил звание профессора, минуя звание академика.
В начале 1864 года Ге возвращается во Флоренцию, пишет много эскизов на евангельские сюжеты («Христос и Мария, сестра Лазаря», «Братья Спасителя» и др.), начинает новую большую картину «Вестники Воскресения». В это пребывание во Флоренции Ге знакомится и сближается с Герценом и пишет в 1867 году его портрет, считающийся лучшим из написанных им, пишет также много других портретов и много работает с натуры. В 1867 году оканчивает свою картину «Вестники Воскресения» и посылает её на выставку Академии Художеств, но картину там не принимают. Друзья художника выставляют её в художественном клубе, но картина никакого успеха не имеет. Та же участь постигает и новое его произведение, «Христос в Гефсиманском саду».
В 1870 году Ге возвращается в Петербург. Неудача с его последними картинами на религиозные темы заставила Ге бросить на время подобные сюжеты, и он вновь обратился к истории, на этот раз русской. На первой выставке передвижников 1871 года он выставил свою картину «Пётр I допрашивает царевича Алексея в Петергофе».
В 1875 году Ге навсегда покинул Петербург и переселился на Украину, где купил небольшой хутор. В его душе совершился серьёзный переворот: он на время отказался от искусства и занялся вопросами религии и морали. В своих записках он пишет, что надо жить сельским трудом, что искусство не может служить средством к жизни, что им нельзя торговать.
В 1882 году Ге в Москве познакомился с Л. Н. Толстым, а в 1884 году написал его портрет. Затем последовал новый ряд картин на религиозные сюжеты — «Выход с Тайной вечери» (1889), «Что есть истина?» (1890), «Иуда» (Совесть) (1891), «Суд Синедриона. „Повинен смерти“» (1892) и, наконец, «Распятие» в нескольких вариантах. В то же время он пишет портреты Лихачёвой, Костычева, Н. И. Петрункевича, автопортрет; делает рисунки к повести Л. Н. Толстого «Чем люди живы» и лепит бюст писателя. Во всех газетах разгорелась полемика по поводу последних произведений Ге. Картину «Что есть истина?» сняли с выставки; один из поклонников Ге повёз её по Европе и в Америку, но там особого впечатления она не произвела. Та же участь постигла «Суд Синедриона», а в 1894 году — и «Распятие»; последнюю картину ходили смотреть на частной квартире, где она была помещена после её удаления с выставки, затем её увезли в Лондон. Ге был доволен тем впечатлением, которое произвели его картины, в них он нашёл себя.
Ге скончался на своём хуторе 1 (13 июня) 1894 года.
Главная заслуга Ге заключалась в том, что он первый уловил новое реалистическое направление в библейских композициях.
В 1856 г. художник женился на киевлянке Анне Петровне Забеле. Их младший сын, Пётр Николаевич, был женат на своей двоюродной сестре, Екатерине Ивановне Забеле, родной сестре певицы Надежды Ивановны Забелы-Врубель, ставшей женой художника М. А. Врубеля.
Коллекции работ Н. Н. Ге хранятся во многих музеях мира, в том числе в Третьяковской галерее (Москва), Русском музее (Санкт-Петербург), Музее русского искусства (Киев).
В мае 2011 года Третьяковская галерея стала владельцем коллекции рисунков Н. Е. Ге. Коллекция состоит из 55 листов крупного формата. В коллекцию входят этюды, эскизы и наброски к произведениям разных лет, иллюстрации.
«Петр I допрашивает царевича Алексея Петровича в Петергофе», 1871.
«Что есть истина?»
«Портрет Л. Н. Толстого», 1884.
«Голгофа»
«А. С. Пушкин в селе Михайловском»
Портрет работы Репина
Картина «Пётр I допрашивает царевича Алексея в Петергофе»