Николай родился в 1922 году в Усмани. Его отец был профессором в лесном институте Воронежа. Среднюю школу Николай окончил в 1941 году и тут же отправился на фронт. Он стал ассистентом врача после курсов в военно-медицинской академии в Кубыйшевске. Он прослужил до Победы. В 1945 году Николай Басов поступил в Московский инженерно-физический институт. Начиная с третьего курса Басов проводит время в Физическом институте АН СССР имени П. Н. Лебедева в качестве лаборанта. Он получил диплом МИФИ и пошел в качестве аспиранта в Физический институт. Его руководителем стал Александр Прохоров. Кандидатскую диссертацию Басов защитил в 1953 году. В 1956 году он защитил докторскую. Главной темой диссертации стал мазер (молекулярный генератор).
Физический принцип работы этого устройства объяснил Эйнштейн в 1917 году. Результатом его исследования стало трехчленное уравнение, которое описывало поглощение и испускание излучения молекулами. Однако довольно долго это явление было лишь частью теоретической физики. Никлоай Басов перевел это излучение в практическую область. Он не только смог усилить это излучение, но и на его основе придумал мазер. Басов добился увеличения количества атомов в излучении благодаря неоднородным электрическим магнитным полям. Мазер усиливал и генерировал излучения с точной частотой.
В 1955 году Прохоров и Басов опубликовали свое сообщение о «трехуровневом методе». Надо отметить, что над таким же прибором работал американский физик Чарльз Таунс из Колумбийского университета. Это он назвал свое творение мазером. Прохоров и Басов называли его молекулярных генератором. В 1960 году физик из компании США «Хьюз Эйркрафт» сконструировал прибор, в основе которого лежал трехуровневый принцип. Прибор Меймена очень быстро приобрел широкое распространение, а назвали его лазером. В 1964 году Басов, Прохоров, Таунс были удостоены Нобелевской премии. Однако на этом Прохоров и Басов не остановились. Они начали разрабатывать лазеры различных типов. Басов занимался не только научной деятельностью. Он также был редактором нескольких журналов: «Наука», «Квант», «Квантовая электроника», «Природа». Он был членом академий наук в разных странах. Ученый умер 1 июля 2001 года.