Родился 7 ноября 1914 года на хуторе Оскочное Белгородского района Белгородской области в семье крестьянина. Начальную школу окончил в Оскочном, семилетку — в Белгороде.
С 1930 по 1933 г. работал в колхозе «Красный труженик», а затем мастером по обжигу кирпича в г. Бикин Хабаровского края.
С 1937 по 1939 г. проходил срочную службу в Красной Армии.
Участник Великой Отечественной войны с июня 1941 года.
В 1941 году получил первое офицерское звание, окончив курсы младших лейтенантов. Воевал на Воронежском и 1-м Украинском фронтах. За годы войны прошел путь от стрелка до командира батальона. Дважды ранен и дважды контужен.
Старший лейтенант Тихонов отличился 7 октября 1943 года. Когда в числе первых форсировал р. Днепр и овладел с. Лютеж (Вышегородский район Киевской области). За последующие двое суток батальон отразил до 15 контратак противника, нанес ему значительный урон в живой силе и технике, и удержал рубеж до прихода основных сил.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 29 октября 1943 года за образцовое выполнение боевых заданий командования на фронте борьбы с немецко-фашистскими захватчиками и проявленные при этом мужество и героизм старшему лейтенанту Тихонову Николаю Ивановичу присвоено звание Героя Советского Союза (медаль «Золотая Звезда» № 1861).
С 1946 года капитан Тихонов Н. И. — в запасе. До конца дней своих жил и работал в городе Белгород на фабрике индивидуального пошива и ремонта обуви. Скончался 28 июня 1986 года.
На аллее героев в г. Белгороде установлен бюст Тихонову Н. И. На доме, где жил герой, размещена мемориальная доска.
Награждён орденами Ленина, Красного Знамени, Отечественной войны 1-й степени, медалями.