В 1969 г. окончил психологический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, в 1972 г. - аспирантуру при факультете психологии МГУ.
В 1972 г. защитил кандидатскую диссертацию на тему «Одновременное формирование группы понятий, охватывающих заданный раздел знаний». В 1987 г. — докторскую диссертацию на тему «Проектное моделирование как творческая деятельность (психологические основы высшего архитектурного образования)».
Профессиональную деятельность начал преподавателем психологии в МГУ (1970–1972). Преподавал психологию в Московском автомобильно-дорожном институте (1973–1974), Московском архитектурном институте (1974–1982, с 1976 г. – доцент) и МГУ имени М.В.Ломоносова (1982–1988). В 1987 г. перешёл на должность заместителя директора НИИ проблем высшей школы Минвуза СССР (1987–1989). С 1989 по 1992 г. – начальник Главного управления общего среднего образования, член Коллегии Государственного комитета СССР по народному образованию.
После создания в 1992 г. на базе АПН СССР Российской академии образования (РАО) работал в должности Главного учёного секретаря РАО (1992–1997).
Параллельно с научно-организационной деятельностью продолжал преподавательскую работу: профессор кафедры философии Московского химико-технологического института им. Д.И.Менделеева (1989–1992), заведующий кафедрой педагогики и андрагогики Московского государственного лингвистического университета (1992–1994), заведующий кафедрой психологии и педагогической антропологии МГЛУ (1994–2016). Проректор по учебно-методической работе МГЛУ (2000–2016).
В 2016–2017 гг. — заведующий кафедрой психологии языка и преподавания иностранных языков, заместитель декана факультета психологии по учебно-методической работе МГУ имени М. В. Ломоносова.
С 2017 г. работает в МГППУ.
Научные интересы Николая Николаевича Нечаева сосредоточены на психолого-педагогических проблемах вузовской подготовки специалистов, теории и практике непрерывного образования. Результатом многолетних трудов было создание целостной теории формирования профессионального сознания как центральной категории обучения и воспитания в высшей школе, выявления психологических закономерностей становления высших форм профессионального творчества.
Согласно этой теории, высшее образование обслуживает и регулирует определенный, исторически сложившийся уровень разделения труда, являясь формой подготовки специалистов, в процессе которой у студента складывается система психологических качеств и особенностей, характерных для представителей данной профессии – его профессиональное сознание, делающее студента полноценным специалистом. С позиции этой концепции, высшее образование является не только специальным, но и высшим уровнем развития тех конкретных психологических особенностей и способностей человека, благодаря которым специалисты могут полноценно осуществлять соответствующую профессиональную деятельность, в буквальном смысле становятся способными к ней. «Психическое» развитие, психологическое «оформление» каждого отдельного человека совершается в меру и по мере его «вхождения», «врастания» в ту профессиональную деятельность, которой он овладевает в процессе усвоения её содержания, её форм и методов в высшей школе. В этом заключается задача профессиональной «социализации» студента в процессе высшего образования, его «превращения» и «обращения» в специалиста. Собственно инженерное или научное мышление, художественное воображение, математическая память, литературная фантазия и т.д. – те конкретные формы психической деятельности личности, в которых только существует и проявляется психическая деятельность человека и её отдельные виды и формы – являются, с этой точки зрения, тем ориентиром, который позволяет разумно ставить и решать проблему определения целей и содержания высшего образования. Задача психологии высшего образования как направления исследований – выявление психологического «ядра» профессиональной деятельности специалиста, её психологического инварианта. Практическое применение эта концепция нашла в разработке психологической теории высшего архитектурного образования, правовой и языковой подготовки специалистов. Под руководством Нечаева были разработаны и внедрены разнообразные методы и методики интенсивного обучения различным видам профессиональной деятельности. По его инициативе в МГЛУ была создана первая в России кафедра андрагогики, занимающаяся проблемами образования взрослых.