В 1922 году он поступил в Петроградский Институт сценических искусств (сразу на второй курс Л. С. Вивьена). Некоторое время оставался студентом сразу двух учебных заведений, но в 1923 году был отчислен из академии по собственному желанию.
В 1924 году Симонов окончил Институт сценических искусств и был приглашён в труппу Александринского театра. Однако сразу прийти в театр ему не удалось — его на один год призвали в Красную армию. Проработав в театре семь лет, Симонов, уже сыграл несколько ведущих ролей.
В 1931 году Симонов покинул Ленинград и возглавил в Самаре Краевой драматический театр. В 1934 году Симонов вернулся в Александринский театр и больше уже не покидал его.
Вершина творчества актёра — роль Петра I в одноимённом фильме. Однако успех Симонова в роли Петра создал особые трудности в его кинематографической жизни. Начался довольно резкий спад, связанный в значительной мере с тем, что ролей, которые в такой же степени отвечали бы его артистическим данным и внутренним возможностям, у него не оказалось.
Последней ролью Николая Симонова в кино стала роль полицейского комиссара Берлаха в телефильме "Последнее дело комиссара Берлаха" (1972). В конце фильма Берлах умирает от рака. Снимаясь в этой картине, актёр не знал, что эта же болезнь подкрадывается и к нему.
24 декабря 1972 года Николай Симонов в последний раз вышел на сцену в спектакле «Перед заходом солнца».
Николай Симонов умер 20 апреля 1973 года в два часа ночи. Похоронили актера на «Литераторских мостках» Волкова кладбища.
В 1980 году на могиле актёра установили памятник — бронзовый бюст на постаменте.