Родился в 1919 году в городе Котлас Архангельской области. Отец его в то время служил машинистом на судах речного пароходства, мать было домохозяйкой. В 1924 году их семья переехала в Архангельск. Здесь в 1927 году Николай Семёнович поступил, а в 1938 году окончил 9-ю Соломбальскую среднюю школу, получив грамоту с отличием.
В 1938 году поступил в Первый Ленинградский медицинский институт имени академика Павлова, в 1939 году его перевели на лечебный факультет Военно-морской медицинской академии, которую он окончил с отличием в 1942 году.
С февраля 1943 по март 1945 служил в бригаде морской пехоты и в госпиталях Краснознаменного Северного военно-морского флота, где работал врачом батальона 254-й морской стрелковой бригады, а затем ППГ 2215 на полуостровах Средний и Рыбачий. Исполнял обязанности командира медико-санитарного взвода и ординатуры хирургического отделения, а также был начальником госпиталя на Западном и 2-м Белорусском фронтах. За участие в военных действиях Николай Семёнович был удостоен боевых наград: Ордена Красной Звезды, медалей «За оборону Советского Заполярья» и «За победу над Германией» в 1945 году, значком «Отличник ВМФ СССР».
В 1945 году его зачислили в адъюнктуру по нейрохирургии при Военно-морской академии в Ленинграде, которую он закончил в 1948 году. В этом же году он защитил кандидатскую диссертацию на тему «О лечении артериальной гипертонии» и получил учёную степень кандидата медицинских наук. В 1948 году был демобилизован и принят на должность ассистента на кафедру нервных болезней Ленинградского государственного ордена Ленина института усовершенствования врачей имени С. Н. Кирова. В 1953 году был избран на должность доцента этой кафедры и назначен зав. клиникой нервных болезней. В начале 1954 года ему было присвоено учёное звание доцента.
С 1956 по 1960 годы — доцент, заведующий кафедрой нервных болезней Архангельского мединститута. В годы работы на кафедре нервных болезней постоянно повышал свою квалификацию, участвовал в различных конференциях и заседаниях невропатологов. Некоторые его научные работы опубликованы в журналах «Вопросы нейрохирургии», «Журнал невропатологии и психиатрии им. С. С. Корсакова», «Врачебное дело».
С 1960 по 1989 возглавлял кафедру нервных болезней МГМИ (в настоящее время кафедра нервных и нейрохирургических болезней БГМУ). В 1969 году избран членом-корреспондентом АМН СССР. В 1980-х годах Николай Мисюк считался крупнейшим специалистом в области медицинской кибернетики, разработок и внедрения в клиническую невропатологию прикладных аспектов теорий информации и распознавания образов на базе электронно-вычислительной техники.
Автор более 250 работ, в том числе 38 монографий и учебных пособий, редактор 20 сборников научных работ. Делал переводы медицинской литературы с английского языка. В 1986 году была издана повесть Н. С. Мисюка «Ночной вызов» о жизни и работе врачей, сотрудников кафедры нервных болезней.
Был женат на Мисюк Евгении Михайловне. У них родились сын Николай в 1948 году и дочь Ольга в 1955 году.