Николай Иванович Пирогов е роден на 25 ноември 1810 г. в Москва в семейство на служащи. Баща му е военен касиер – майор Иван Иванович Пирогов, а майка му се казва Елисавета Ивановна. Той е тринадесетото и едно от шестте оцелели деца на семейството от общо четиринадесет .
Благодарение на средата на баща си, Николай Пирогов от малък израства сред хора от руския царски елит и интелигенция, които често се събират в обширния семеен дом на Пирогови. Сред тях има известни лекари, които обръщат внимание на малкия Николай и събуждат интереса му към медицинската наука.
На 11 години Пирогов постъпва в най-добрия пансион в Москва за времето си. Една случка възпрепятства неговото развитие – заместникът на баща му укрива 30 хиляди рубли от военното ковчеже. Властите не успяват да намерят парите и прехвърлят вината върху баща му Иван Пирогов. Цялото семейно имущество на Пирогови е продадено, а пари за пансиона на Николай няма. В този трагичен момент на помощ на семейството се притичва близък приятел, лекар на семейството, професор Ефрем Осипович Мухин. Той предлага Николай да бъде записан да учи медицина, за да има шанс за развитие и реализация. На Николай са му приписани 2 години възраст, за да стигне минималната от 16, като условие да бъде приет в университет. Така през 1824 г., само на 14 години, той е приет в Медицинския факултет на Московския университет след успешно положени изпити.
През 1825 г. умира баща му. На 17 години е допуснат до изпит за придобиване на лекарска диплома. Завършва с отличие като един от първите в класа си. По него време е основан професорски институт към най-добрия за времето си Юревски университет за следдипломна квалификация в град Дерпт (дн.Тарту, Естония). Николай Пирогов успява да се класира за него през 1828 г. и първоначално идеята му е да се занимава с физиология, но поради липсата на подобен профил, започва да работи хирургия.
По-късно е представен на знаменития професор по хирургия Йохан Кристиан Мойер (Иван Филипович). Мойер е силно впечатлен от младия лекар и скоро Пирогов започва да живее под покровителството на професора в дома му. Първото му отличие, за което получава златен медал, е съчинение на тема: “Какво следва да се има предвид при лигиране на големи съдове по време на операция”, през 1829 г.
На 22 години Николай Пирогов защитава дисертация и придобива титлата доктор на науките. Заминава за Берлин и продължава да се развива като хирург. При прочитането на дисертацията му, немските професори пожелават да бъде преведена на немски. След това Пирогов предпочита да продължи развитието си в Гьотинген, под ръководството на професор Лангенбек. Лангенбек е смел и дързък хирург, един от асовете на военната хирургия при лечението на огнестрелни рани, ненавиждащ подмотванията и опериращ там, където другите се страхуват и не рискуват. Пирогов се учи от него на бърза и чиста хирургическа техника.
През 1836 г. , на 26 години, Пирогов се връща в Юревския университет като професор по хирургия. Обещаното му място на професор в Московския медицински факултет е заето от друг, така че заминава за Санкт Петербург, където заема професорско място в Медикохирургическата академия, създавайки първата клиника по хирургия и откривайки пространство за ново направление в медицинската практика – болничната хирургия.
През 1842 г. Николай Пирогов се жени за 12 години по-младата Екатерина Димитриевна Берьозина. Една година по-късно се ражда първият им син – Николай, а вторият – Владимир, се появява на бял свят през 1846. След второто раждане , съпругата на Пирогов умира. Пирогов изпада в депресия, която го държи около половин година извън науката, след което отново започва да работи активно.
През 1850 г. Пирогов се жени за втори път за 25-годишната баронеса Александра Бисторм.
През 1853 г. Пирогов заминава за Севастопол като военен хирург по време на Кримската война. Там оперира целодневно без почивка, реализирайки идеята си за медицинска сортировка – разпределение на ранените според тежестта на травмата. За първи път прилага гипсовите превръзки при счупвания на крайниците, подобрявайки зарастването и снижавайки инвалидността. По негова инициатива се създават групи от милосърдни сестри, които да помагат на лекаря на фронта.
Въпреки героичната отбрана, Севастопол бил превзет, а Кримската война – загубена от Русия. Пирогов смятал, че изостаналостта на царска Русия, корумпираната администрация и некадърността на върховното командване в лицето на княз Меншиков са основните причини за поражението. Връщайки се в Петербург, Пирогов доложил на Александър II тия си виждания по време на прием у царя. Александър II е освободител на крепостните селяни и на българите, реформатор и напредничав тип – но думите на Пирогов не му харесали и оттогава хирургът изпаднал в немилост.
Бил изпратен в Одеса на длъжност попечител на Одеския и Киевския учебен окръг. Опитал се да реформира съществуващата учебна система, което довело до конфликт с властите и оставка. Десет години по-късно Пирогов бил изцяло отстранен от държавна служба и дори без право на пенсия.
В разцвета на творческите си сили Пирогов се оттеглил в неголямото си имение и организирал безплатна болница, която напускал само от време на време, за да чете лекции тук-там.
През 1870 г. взема участие в пруско-френската война по покана на Международния червен кръст.
Въпреки че е на преклонна възраст, Пирогов пристига в България в разгара на Руско-турската война. Идва по изричното настояване на цар Александър Втори, който може да не го харесва, но е наясно, че той е най-добрият военен хирург. Безценен е опитът му с етерната наркоза, която прави още по време на Кавказката война и доразвива у нас. Затова хирургът поставя условие – ще дойде на фронта, ако императорът му гарантира пълна свобода на решенията Александър се съгласява, въпреки че по това време в България са вече три светила на руската медицина проф. Боткин – личен лекар на императора и създател на вътрешната медицина в Русия, проф. Склифасовски – световноизвестен хирург и проф. Ерисман – създател на руската медицинска хигиенна наука. Вече болен и възрастен Пирогов изминава с каруца и шейна около 700 км. за да оперира войници от фронта между реките Вит и Янтра. Посещава общо 11 военновременни болници, 10 дивизионни лазарета, 3 аптечни склада, разположени в 22 населени места. През този период лекува и оперира и много българи, разбира се, безплатно. Основната му болница е в с.Горна Студена, Плевенско, където е главната квартира на руското командване .
Края на дните си, Николай Иванович прекарва в имението си в село Вишня, днес квартал на Виница в Украйна. Малко след като отбелязва 70-ия си рожден ден, на 15 декември 1881 година умира и завещава тялото си за нови медицински изследвания.
Признателният български народ издига в негова чест 26 обелиска, 3 ротонди и паметник в Скобелевия парк в Плевен. В село Бохот, Плевенско, на мястото на руската военно-временна болница, е изграден Парк-музей „Николай Иванович Пирогов“.През 1951 година бившата болница на Червения кръст в София е кръстена на Пирогов.