Родился Воронов в семье конторского служащего в Петербурге 23 апреля 1899 г. Первоначальное образование Воронов получил в общеобразовательной школе, затем поступил в гимназию, но закончить ее не удалось: нечем было платить за обучение. В 1915 г. Воронов устроился на работу техническим секретарем частного присяжного поверенного. После Октябрьской революции он, как имеющий аттестат зрелости, поступил на командные артиллерийские курсы, которые окончил в сентябре 1918 г.. был направлен по распределению в Петроградский военный округ командиром взвода на один из Кронштадских фронтов. Затем переведен в запасный мортирный артиллерийский дивизион командиром артиллерийского взвода.

Дивизион отправили на фронт под Изборск, где шли бои. Воронов участвовал в разгроме Юденича, во взятии Пскова.

В 1920 г. дивизион в составе 10-й дивизии перебросили в район Жлобина к Березине на Брест-Литовское направление. В боях Воронов был ранен, попал в плен к белополякам. Позднее, при обмене военнопленными, был возвращен в Россию. Вскоре он назначается на должность командира батареи.

После Гражданской войны дивизия, в которой служил Воронов, была передислоцирована в Калугу. Затем Воронова перевели в 27-ю Омскую дивизию командиром батареи.

В 1923 г. Николай Воронов сдал экзамены в Высшую артиллерийскую школу комсостава. После школы его назначили на должность заместителя командира дивизиона, затем командиром артиллерийского дивизиона в той же 27-й Омской дивизии. В 1926 г. он становится командиром артполка. На учениях 1926 г. Воронов исполнял обязанности начальника артиллерии дивизии.

В 1927 г. Воронов сдал вступительные экзамены в Военную академию имени Фрунзе, которую окончил в 1930 г. По распределению его направляют в Московскую Пролетарскую дивизию на должность командира артиллерийского полка. В 1932 г. Воронов в составе советской делегации был на маневрах в Италии. В апреле 1934г. он назначается начальником и военкомом 1-й артиллерийской школы. В 1936 г. направлен военным советником в республиканскую Испанию. В июне 1937 г. Воронов возвратился в Москву и был назначен на должность начальника артиллерии РККА. По делам службы в 1938 и 1939 гг. выезжал на Дальний Восток, в Монголию, Халхин-Гол, участвовал в освобождении Западной Белоруссии и Западной Украины, находился в Ленинградском военном округе во время советско-финской войны, присутствовал при освобождении Бессарабии и Северной Буковины. В 1940 г. в связи с ликвидацией должности начальника артиллерии РККА, Воронов был назначен 1-м заместителем начальника Главного артиллерийского управления РККА.

19 июня 1941 г. Воронов был назначен на должность начальника Главного управления противовоздушной обороны страны. Через месяц, когда война полыхала от Черного до Баренцева моря, Воронов вновь был назначен начальником артиллерии Красной армии. Осенью Воронов находился в Ленинграде как представитель Ставки ВГК. До осени 1942 г. Воронов работал на различных участках фронта как начальник артиллерии и представитель Ставки ВГК. В сентябре 1942 г. по распоряжению Ставки Воронов командируется на Сталинградский и Донской фронты. Как представитель Ставки принимал непосредственное участие в разработке и проведении операции "Кольцо".

18 января 1943 г. Воронову было присвоено воинское звание маршал артиллерии. 31 января 1943 г., когда был взят в плен фельдмаршал Паулюс, Воронов вместе с Рокоссовским участвовал при допросе Паулюса. После Сталинградского сражения Воронов был командирован на Северо-Западный фронт в район Делянска, затем принимал участие в Курском сражении, руководил формированием артиллерийских частей и соединений резерва Главного командования. После Курского сражения Воронов направлен под Смоленск на Западный фронт как представитель Ставки. После приостановки наступления, Воронов командируется с Западного фронта на Калининский фронт, принимает участие в освобождении Смоленска.

После 1944 г. Воронов вплотную занимается вопросами артиллерийского вооружения Дальнего Востока, и, при этом, непосредственно руководит артиллерийскими соединениями на прибалтийских фронтах. С марта 1943 г. Воронов был командующим артиллерией Вооруженных сил СССР. В 1944 году Николаю Николаевичу Воронову присвоено воинское звание Главный маршал артиллерии. Он ведет большую научную работу по развитию артиллерии по системам противотанковой и противовоздушной обороны. Занимается разработкой систем ракетных артиллерийских установок. В 1950 г. Воронова избирают президентом Академии артиллерийских наук. В 1953 г. его назначают начальником Военно-артиллерийской командной академии.

Скончался Воронов 28 февраля 1968 г. Похоронен у Кремлевской стены на Красной площади Москвы.

Николай Николаевич Воронов был награжден шестью орденами Ленина, орденом Октябрьской Революции, четырьмя орденами Красного Знамени, тремя орденами Суворова 1-й степени, орденом Красной Звезды, пятью иностранными орденами, медалями.

Вороновым написаны книги "Советская артиллерия в Великой Отечественной войне", "На службе военной", "Полководцы и военачальники Великой Отечественной войны".