Родился в деревне Мижули Мариинско-Посадского района Чувашской Республики в 1918 году.
Учился в Алатырском художественно-гравёрном училище (1937).
В 1939—1945 годах участвовал в Финской кампании на Карельском перешейке и Великой Отечественной войне.
С 1944 года — член Союза художников СССР.
В 1951 году окончил Ленинградский институт живописи, скульптуры и архитектуры имени И. Е. Репина Академии художеств СССР (мастерская профессора Рудольфа Френца). В 1954 году присвоено ученое звание кандидат искусствоведения.
С 1960 года — доцент кафедры изобразительных искусств художественно-графического факультета Чувашского государственного педагогического института имени И. Я. Яковлева
Секретарь правления Союза художников РСФСР (1961—1983).
Председатель правления Союза художников Чувашской АССР (1963—1989).
Народный художник ЧАССР (1968)
Профессор кафедры живописи (1973)
Действительный член Академии наук и искусств ЧР (1995)
Народный художник РСФСР (1984)
Участник зональных, всесоюзных, всероссийских и зарубежных выставок. Персональные выставки в США, Японии, Франции, Англии, Германии.
Картины Н. В. Овчинникова хранятся в 34 музеях России и мира, в частных коллекциях.