Родился 20 сентября 1874 г. в семье учителя в селе Елецкого уезда Орловской губернии. По окончании Елецкой гимназии (1891 г.) поступил на медицинский факультет Московского университета.
В связи с участием в революционном движении и отчислении из ИМУ, окончил Казанский университет. В 1901-1904 гг. работал врачом-эпидемиологом в Самарской и Орловской губерниях, а с 1904 г. – земским санитарным врачом в Нижнем Новгороде. С 1908 г. Н.А. Семашко занялся педагогической деятельностью. Он переехал в Париж, где работал школьным врачом и педагогом в русской школе. В 1913–1917 гг. Семашко жил и работал врачом на Балканах (сначала в Сербии, а затем в Болгарии), после Октябрьской революции вернулся в Россию. С 1918 по 1930 г.– первый нарком здравоохранения РСФСР. 25 января 1930 г. был снят с должности наркома здравоохранения. В 1930-1936 гг. – член Президиума и Председатель Комиссии по улучшению жизни детей ВЦИК. С 1936 года и до конца жизни основным местом работы Н.А. Семашко была кафедра социальной гигиены 1-го ММИ, которую он возглавлял с 1921 по 1949 год. Когда началась Великая Отечественная война, Николай Александрович отправился в Уфу, куда власти эвакуировали его кафедру организации здравоохранения. Однако уже весной 1942 года вернулся и занялся сбором материалов о работе медицинских учреждений. После войны Семашко взялся за восстановление работы системы здравоохранения на территориях, пострадавших во время оккупации. Одновременно: в 1945-1949 гг. - директор института школьной гигиены АПН РСФСР,
в 1947-1949 гг. – директор Института организации здравоохранения и истории медицины (ныне Национальный НИИ общественного здоровья имени Н.А. Семашко) АМН СССР.
Вплоть до самой смерти в мае 1949 года Николай Александрович работал в системе здравоохранения. После себя Семашко оставил колоссальное наследие в виде образцовой системы, которую заимствовали многие страны. Советская система здравоохранения считалась одной из лучших в мире. Её особенность заключалась в единых принципах организации и централизации всего здравоохранения, а ключевую роль играли бесплатность, доступность и квалифицированность.
Создателем модели являлся Николай Александрович Семашко — первый народный комиссар здравоохранения Советского Союза.
В основе предложенной Семашко системы здравоохранения лежали 6 основных принципов: 1) единая организация и централизация управления; 2) равная доступность для всех граждан; 3) первоочередное внимание материнству и детству; 4) единство профилактики и лечения; 5) ликвидация социальных основ болезней; 6) привлечение общественности к делу здравоохранения. Все эти принципы разрабатывались многими ведущими врачами мира, однако в основу государственной политики они были впервые положены в Советской России, что стало достижением цивилизационного масштаба.