Николай Николаевич Дурново родился 23 октября 1876 г. в с. Парфенки Рузского уезда Московской губернии. В 1895 г. с серебряной медалью окончил 6-ю Московскую гимназию и поступил на историко-филологический факультет Московского университета. Во время учебы получил золотую медаль за сочинение на тему «Повесть об Акире Премудром» (Ахиакар). Окончил Московский университет в 1899 г. с дипломом 1-й степени и был оставлен на кафедре русского языка и литературы на два года; ученик Ф. Ф. Фортунатова и А. А. Шахматова. В 1901 г. вместе с учениками Ф. Ф. Фортунатова ‒ Н.Н. Соколовым, Д.Н. Ушаковым и др. организовал кружок по изучению и диалектологии русского языка, который в 1903 г. был преобразован в Московскую диалектологическую комиссию при отделении языка и словесности Академии наук. В 1904 г. сдал магистерский экзамен и по прочтении пробных лекций был принят в число приват-доцентов Московского университета. В 1905 г. был отмечен почётным отзывом Ломоносовской премии за диалектологическую работу посвященную описанию говора одной деревни. В университете читал курс диалектологии русского языка, вёл занятия по современному русскому языку и просеминары по древнерусской литературе.
В 1910 г. из-за материальных трудностей Дурново перешёл в Императорский Харьковский университет, где преподавал на кафедре русского языка и словесности, оставаясь приват-доцентом и одновременно вёл преподавание на Высших женских курсах и частных гимназиях. В мае 1915 г. возвратился в Московский университет. После смерти Ф. Е. Корша председателем Московской диалектологической комиссии стал Д. Н. Ушаков, а Дурново ‒ его заместителем. В 1916 г. защитил магистерскую диссертацию «Материалы и исследования по старинной литературе. I: К истории повести об Акире».
С 1918 по 1921 г. Дурново работает профессором Саратовского университета. Защитил диссертацию «Диалектологические разыскания в области великорусских говоров» (1918) на ученую степень доктора наук в Петроградском университете.
Спасаясь от голода, вернулся в Москву, где три года жил на случайные гонорары. Смог издать за это время три основных своих труда ‒ «Очерк истории русского языка», «Повторительный курс грамматики русского языка» и «Грамматический словарь». Начал работать в Комитете по составлению общедоступного словаря русского языка (до 1923). Дурново исследовал восточнославянские рукописи XI ‒ XII века, собранные при этом данные послужили материалом для его позднейших работ по истории книжного церковнославянского языка.
В 1924 г. поехал в Чехословакию в четырехмесячную командировку и остался там невозвращенцем. Занимался исследованиями в тесном контакте с членами Пражского лингвистического кружка, особенно Р. О. Якобсоном и Н. С. Трубецким, от которых воспринял идеи структурализма. Зимой 1924 ‒ 1925 г. на средства Чешской академии Дурново ездил в принадлежавшее Чехословакии Закарпатье для изучения украинских диалектов. Весной 1926 г. как гостевой профессор прочёл курс в Университете Брно.
В Чехословакии Дурново не удалось получить постоянное место работы, в то же время группа деятелей белорусской науки и культуры предложила ему место профессора в Белорусском университете. В конце 1927 г. Дурново вернулся в СССР и с 1928 по 1930 г. работал в Минске. Был избран академиком БАН. Однако вскоре пригласивших его деятелей объявили «буржуазными националистами» и Дурново уволили из университета и исключили из АН Белоруссии. Он уехал в январе 1930 г. в Москву, где не смог получить постоянной работы.
28 декабря 1933 г. Дурново и его старшего сына А. Н. Дурново арестовали по так называемому «делу славистов». В 1934 г. был осужден на 10 лет лагерей как «контрреволюционер» и отправлен в Соловецкий лагерь особого назначения. В заключении Дурново пытался заниматься научной работой, разбирал документы Соловецкого музея, писал сербохорватскую грамматику. В 1937 г. Н.Н. Дурново был вторично осужден, приговорен к расстрелу 9 октября 1937 г. и расстрелян 27 октября 1937 г . Приговор 1934 г. был отменен в 1964 г., приговор 1937 г. ‒ в 1967 г. По обоим делам Н.Н. Дурново был полностью реабилитирован.