Родился в семье ремесленника-цирюльника (парикмахера). Учился сперва в начальной городской школе, затем — в Торговой школе, где в числе прочего преподавали коммерческие науки, товароведение, стенографию. Бросил учёбу, чтобы помогать своей малоимущей семье. Поступил писцом в Главное морское хозяйственное управление.
В 1915 году был призван в армию, где служил в гусарском полку. В 1918 году вступил в Красную армию, в 1922 году был демобилизован.
Тихонов рано начал писать стихи. Первая публикация относится к 1918 году. В молодости поэт был последователем Гумилева, испытал также мощное влияние творчества Киплинга. В 1920-х поэт вошел в литературное объединение «Серапионовы братья», опубликовал поэму «Сами». Первые сборники стихов («Орда» и «Брага») вышли в 1922 году; они так и остались вершиной творчества Тихонова. Многие стихотворения в этих сборниках стали классикой жанра баллады: «Баллада о гвоздях», «Баллада о синем пакете», «Дезертир». Эти книги вызвали огромный интерес читателей; на протяжении 1920-х годов Тихонов оставался одним из самых популярных советских поэтов.
С конца 1920-х годов поэт много ездил по стране, в частности на Кавказ. Внимательно изучал жизнь и историю народов Кавказа. Занимался переводами грузинских, армянских, дагестанских поэтов. В 1935 году впервые поехал в Западную Европу с советской делегацией на Конгресс в защиту мира в Париже. Неоднократно выступает с политическими заявлениями, поддерживающими линию советского руководства.
Во время Великой Отечественной войны работал в Политуправлении Ленинградского фронта. Писал очерки и рассказы, статьи и листовки, стихи и обращения. Стихи этого периода вошли в книгу «Огненный год» (1942 год), самое известное произведение военных лет — поэма «Киров с нами».
В послевоенный период Тихонов пишет меньше, что было связано с значительными общественными нагрузками. С 1949 года Тихонов был председателем Советского комитета защиты мира, в 1950 году стал членом Всемирного Совета Мира. Побывал в составе советских делегаций в ряде стран Европы и Азии. Герой Социалистического Труда (1966), трижды лауреат Сталинской премии (1942, 1949, 1952), лауреат Ленинской премии (1970). Поэт скончался 8 февраля 1979 года в Москве. Незадолго до смерти, выступая по советскому радио, вспоминал о своём учителе Гумилёве (чьё имя было тогда под запретом) и цитировал его стихи.
Особняком в прозе Т. в отношении тематики стоит его книга «Война» [1931], раскрывающая, как пишет автор в предисловии, «в небольшом условном повествовании, сбивающемся подчас на хронику, несколько трагических эпизодов так называемой газовой и огнеметной войны» с целью «...разоблачения подготовки будущей войны против Советского Союза». Эта книга, имеющая несомненное положительное значение в смысле постановки оборонной темы в нашей литературе, написана в несколько абстрактно-аллегорическом плане.
Своеобразие тихоновской прозы заключается прежде всего в сюжете его произведений, построенном обычно на исключительных, эксцентрических ситуациях, на случайных совпадениях, стирающих грань между реальностью и фантастикой. Соответственно этому и реалистический облик героя дается иногда в гротескном плане. Реалистические тенденции отчетливее всего сказались в так наз. бессюжетной прозе Т. — в частности, в очерках «Кочевники».
Последние книги Т. — «Стихи о Кахетии» [1935], посвященные людям и природе советского Кавказа, и «Тень друга» [1936] — стихи о Западной Европе, в которой поэт в образе «безработного», «молодого подпольщика», кузнеца и рыбака на «баррикадах Вены» узнает своего друга по борьбе за революцию («Но в тенях ночи запада/ Тень друга я угадывал...").
В этих последних сборниках Т. достигает значительно большей реалистической четкости, выразительности стиха и во многом изживает формальную усложненность предшествующих произведений. Прежняя рассудочность его поэзии заменяется лирической эмоциональностью, особенно в «Стихах о Кахетии», передающих сочный местный колорит.
В последние годы [1933—1937] привлекали внимание тихоновские переводы произведений современных грузинских поэтов на русский язык.
Поэтическое творчество наиболее полно представлено в сборниках: "Двенадцать баллад" (1925); "Тень друга" (1935); "Два потока" (1951) и другие. Выступал и как прозаик - с очерками, рассказами, повестями: "Кочевники" (1931); "Белое чудо" (1956); "Шесть колонн" (1968) и др. Статьи и воспоминания собраны в книгах: "Двойная радуга. Рассказы-воспоминания" (1964) и "Писатель и эпоха" (1972).
В 1973 - 76 вышло Собрание сочинений Тихонова в семи томах.
Умер Н.Тихонов в 1976 в Москве.