Родился в 1921 году в Москве. Учился в энергетическом, затем в библиотечном институте. В 1948 году окончил Московский полиграфический институт, где и познакомился со своей супругой – Варварой Родченко. С 1946 года работал в издательствах как художественный редактор и художник книги (журнал «Клуб» и «Художественная самодеятельность», издательства «Физкультура и спорт» и «Советский писатель»). Разрабатывал шрифты, занимался фотомонтажом. Оформил более 200 различных изданий.
С особым интересом работал над книгами по литературной критике, старался каждое издание превратить в иллюстрированный альбом с подробной и точной документацией. С 1957 года фотографировал писателей, поэтов, ученых, художников. Старался снимать своих «героев» в близкой им среде, так чтобы человек чувствовал себя эмоционально раскованным.
Заслуженный работник культуры РСФСР. Член Союза художников и Союза журналистов.
Работы Николая Сергеевича Лаврентьева представлены из фонда Музея Российской Фотографии (г. Коломна).
