Актер Н. И. Дорохин родился 18 мая 1905 г. в Ельце Орловской губернии (ныне Липецкой области). Здесь прошли его детство и юность. Он окончил школу-девятилетку, принимал активное участие в самодеятельных спектаклях и концертах, занимался в драматическом кружке железнодорожников. В 1922 году Николай Дорохин стал актером Елецкого городского театра.

С 1925 года он начал сниматься в кино («Последняя ночь», «Волочаевские дни»), а в 1927 году был зачислен в труппу Московского Художественного академического театра. В годы Великой Отечественной войны Н. И. Дорохин возглавлял одну из фронтовых бригад МХАТа. После войны играл на сцене родного театра, где в спектаклях по пьесам А. Чехова, М. Горького, А. Корнейчука, К. Симонова, В. Катаева, К. Тренева и др. создал образы, запомнившиеся простотой, свежестью сценических красок, народным юмором. Был также известен зрителям по фильмам «Ошибка инженера Кочина», «Первопечатник Иван Федоров», «Малахов курган», «Сталинградская битва», «Морской батальон».

Николай Иванович преподавал в школе-студии МХАТа, Всесоюзном государственном институте кинематографии. Автор книги «По дорогам войны» (1950). Народный артист РСФСР (1948). Лауреат Сталинских премий 1941 года (за роль Петра Захаркина в фильме «Последняя ночь») и 1947 года (за роль шофёра Минутки в спектакле «Победители» Б. Чирскова). Награжден орденом Трудового Красного Знамени.

Умер в 1953 году в Москве, похоронен на Новодевичьем кладбище.