Родился во Влоцлавске (ныне Влоцлавек, Польша).
Отец — Николай Николаевич Купреянов, мать — Мария Геннадьевна (урождённая Мягкова).
Является пра-пра-правнуком Павлы Матвеевны Лермонтовой и внучатым племянником М. Ю. Лермонтова. Н. Н. Купреянов приходится также внучатым племянником известному социологу и публицисту XIX века Николаю Константиновичу Михайловскому (1842—1904) и племянником поэту Серебряного века Михаилу Алексеевичу Кузмину.
В 1912 году окончил Тенишевское училище, после чего занимался в мастерских Академии художеств у А. П. Остроумовой-Лебедевой (1912—1917), Д. Н. Кардовского (1912—1914), К. С. Петрова-Водкина (1915—1916). В эти же годы (1912—1916) закончил юридический факультет Петербургского университета.
Посетил Италию, Германию.
С 1922 жил в Москве.
Владел усадьбой Селище в Костроме, в которой был один из культурных центров русской интеллигенции. С 1931 по 1933 год жил в Москве на Малой Знаменской улице, дом 7/10, кв. 14. Работал в мастерской Рождественка 11, кв.10. В 1930-31 художник создает серию «Путина». Он пишет прозрачной, текучей акварелью закутанных азербайджанок в струящиеся ткани с детьми на руках, лоснящихся розово-бирюзовых рыбин. Графический дневник Купреянова этой поездки полон впечатлений кавказской природы, быта. Он был издан в 1937 в виде книги уже посмертно. Николай Николаевич утонул в подмосковной речке в 1933. Похоронен в Москве, на Новодевичьем кладбище.
Благодаря Остроумовой-Лебедевой окрепли связи Купреянова с «Миром искусства», деятельность которого сыграла большую роль в формировании художественных вкусов молодого графика. Но более серьёзное воздействие на его творчество оказало древнерусское искусство. Изучая стариннык гравюры и лубок, он почувствовал силу и художественые возможности ксилографии.
В первых гравюрах Купреянова — «Богоматерь», «Царь Давид» (обе — 1915) отразилась сложность становления мировоззрения художника. Он, как и многие его современники, испытал влияние религиозной философии. В письме к А. А. Блоку Купреянов писал: «Я не знаю, каково взаимоотношение переживаний религиозных и эстетических, и, кажется, не всегда умею отличать их друг от друга».
Формирование художественной индивидуальности Купреянова шло быстро. Его гравюры, несмотря на некоторую скованность техники, становятся самостоятельными уже к 1916 году. Теперь в основе его работ лежат пейзажи родного Селища (Кострома), реже города, переданные с такой значительностью, что позволяют думать о их своеобразной символике. Взволнованность и драматизм произведений отражают мироощущение художника, в котором не могли не сказаться переживания, связанные с поисками своего пути в жизни, предчувствия надвигающих перемен. В ксилографиях «Пейзаж с мельницей и коровой» (1916), «Битюг» (1916) мастер усиливает физическую мощь натуры, создавая образы большой силы и активности. Резкие контрасты света и тени, беспокойный ритм пятен создают тревожное настроение.
Наиболее плодотворны для гравёра были 1917—1919 годы. Эмоциональная сила и цельность ранних работ сохраняется, однако смягчается присущая им экспрессивность. Содержание произведений становится более широким и многогранным. Художник стремится к большей конкретности в изображении. В работах 1916 года его внимание было сосредоточено на поисках выразительности главного, детали оставались как бы вне поля зрения. В художественном решении ощущалась некоторая условность, излишняя геометричность, которые объяснялись ещё недостаточно свободной техникой гравирования.
Член художественных объединений ОСТ и «Четыре искусства».
Профессор Московского полиграфического института.
Его творчество во многом было посвящено теме Великой Октябрьской революции.
Персональные и групповые выставки: