Родился 27 марта 1948 г. в Свердловске.

Доктор биологических наук (1994), профессор (1997), член-корреспондент РАН (1997).

После окончания биологического факультета Уральского университета (1971) работал старшим лаборантом, младшим научным сотрудником лаборатории археологических исследований исторического факультета университета (1971).

С 1973 г. работает в Институте экологии растений и животных УрО АН СССР (в дальнейшем – УрО РАН): младший, старший, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией, заместитель директора института.

С 1997 г. преподавал в Уральском университете: профессор кафедры экологии (1997–2006); заведующий кафедрой зоологии (2003–2006) биологического факультета, организатор и руководитель филиала кафедры экологии (1998–2001) и филиала кафедры зоологии (2003–2005) в Институте экологии растений и животных УрО РАН. Разработал и читал студентам университета лекции по исторической экологии, истории и методологии биологии, вел базовый курс «Зоология позвоночных животных», ряд спецкурсов; руководил курсовыми, дипломными, магистерскими работами.

Ученик академика В. Н. Большакова. Научные исследования связаны с различными аспектами исторической экологии. Большая часть работ посвящена проблеме реконструкции плейстоценовой биоты и специфики природной зональности в это время (на примере Урала). Изучена история становления основных биомов (тундрового, таежного, степного) в голоцене. Показана роль в этом процессе закономерностей саморазвития биоты, воздействия глобальных и региональных изменений климата, хозяйственной деятельности человека. Предложена оригинальная концепция широтного распределения биоты в холодные эпохи плейстоцена, составной частью которой является представление о «гиперборейской» зоне.

Значительное место в исследованиях занимает рассмотрение закономерностей, направлений, форм, темпов таксономической, морфологической и экологической эволюции у млекопитающих позднего кайнозоя. Разработано представление о специфике протекания таких процессов в актуальном, историческом, эволюционном масштабах биологического времени.

Автор более 140 научных работ, в том числе шести монографий.

Член редакционной коллегии журнала «Экология». Участник многих отечественных и международных проектов в кооперации с геологами, археологами, палеоботаниками из Норвегии, Нидерландов, Германии, США.

Заместитель председателя Объединенного совета по биологическим наукам при Президиуме УрО РАН, член совета по защите диссертаций Института экологии растений и животных УрО РАН, куратор биологического блока программы «Интеграция вузовской и академической науки». В течение ряда лет являлся членом экспертного совета Российского фонда фундаментальных исследований по общей биологии.

Награжден орденом Дружбы (2005).

Перу Н. Г. Смирнова принадлежит сборник художественных прозаических произведений.