Николай Фёдорович Ватутин родился 3 декабря 1901 года в селе Чепухино, ныне село Ватутино Валуйского района Белгородской области. 

В 1913 г. окончил начальную школу в Чепухино, в 1915 г.— с похвальным листом Валуйское двухклассное земское училище. В 1917-1920 гг. работал в хозяйстве отца. В 1920 г. добровольно вступил в Красную Армию. Участвовал в Гражданской войне в боях с махновцами. Военное образование получал в Полтавской пехотной школе, Киевской высшей объединенной военной школе, Военной академии им. М.В. Фрунзе, на оперативном факультете той же академии, в Военной академии Генштаба, из которой был досрочно выпущен в 1937 г. Благодаря успешной штабной работе в строевых войсках, был выдвинут на службу в Генштаб РККА. С 1940 г. — начальник Оперативного управления и 1-й заместитель начальника Генштаба. В июне 1941 г.— генерал-лейтенант.

С началом Великой Отечественной войны Н.Ф. Ватутин направлен в действующую армию. Он занимал должности начальника штаба Северо-Западного фронта. Участвовал в подготовке и проведении Демянской наступательной операции. В мае 1942 г. Ватутин был возвращен в Генштаб на должность заместителя начальника. Однако генерал стремился на фронт и добился направления в действующую армию. Он командовал Воронежским, Юго-Западным и 1-м Украинским фронтами. Принимал непосредственное участие в разработке и проведении ряда наиболее выдающихся стратегических операций Красной Армии. 

В декабре 1942 г. Юго-Западный фронт под командованием Ватутина при содействии Воронежского фронта участвовал в осуществлении Среднедонской операции (кодовое название «Малый Сатурн»), в ходе которой был окончательно похоронен план немецкого командования деблокировать окруженную армию Паулюса.

В этот период были разгромлены 5 итальянских, 5 румынских и 1 немецкая дивизии, захвачено около 60 тыс. пленных. В декабре 1942 г. Н.Ф. Ватутину присвоено звание генерал-полковника. 

В январе 1943 г. советские войска, развивая достигнутый под Сталинградом успех, подошли к промышленному центру Украины – Донбассу. При этом армии Юго-Западного фронта вышли к р. Северский Донец восточнее Ворошиловграда, а Южного фронта – достигли нижнего течения Дона. В результате главные силы немецкой группы армий «Дон» были охвачены с севера и юга.

В такой обстановке командующий войсками Юго-Западного фронта генерал-полковник Н.Ф. Ватутин стремился в короткие сроки осуществить разгром ее донбасской группировки. Свои соображения он доложил в Ставку Верховного Главнокомандования, которая 20 января утвердила план наступательной операции, получившей кодовое наименование «Скачок». В соответствии с ее замыслом определялась следующая последовательность действий:
«… Армии Юго-Западного фронта, нанося главный удар своим правым крылом… в направлении Сталино, Мариуполь, и левым крылом… Ровеньки, Сталино, а частью сил на Таганрог, отрезают всю группировку противника, находящуюся на территории Донбасса и в районе Ростова, окружают ее и уничтожают, не допуская отхода ее на запад…». 

Первой, 29 января, перешла в наступление 6-я армия генерал-лейтенанта Ф.М. Харитонова, а на следующий день – 1-я гвардейская армия (генерал-лейтенант В.И. Кузнецов) и подвижная группа фронта (генерал-лейтенант М.М. Попов). Оказывая упорное сопротивление на ряде промежуточных рубежей и в отдельных опорных пунктах, немецкие войска частью сил начали отход на запад и юго-запад. На основании этого Ставка ВГК сделала вывод, что они стремятся поскорее оставить Донбасс и закрепиться на рубеже Днепра. 11 февраля она уточнила задачу Юго-Западного фронта, которая теперь заключалась в том, чтобы «не допустить отхода противника в сторону Днепропетровска и Запорожья и принять все меры к тому, чтобы зажать его донецкую группировку в Крыму, закупорить проходы через Перекоп и Сиваш и изолировать таким образом ее от остальных войск противника на Украине». 

На основании полученной директивы генерал-полковник Н.Ф. Ватутин решил нанести главный удар подвижной группой 6-й армии (1-й гвардейский и 25-й танковые корпуса, сводная кавалерийская дивизия 1-го гвардейского кавалерийского корпуса, 4-й гвардейский стрелковый корпус) в направлении на Запорожье, а в последующем развить его на Мелитополь и отрезать пути отхода врага за Днепр. Остальными силами (подвижная группа фронта, 1-я и 3-я гвардейские армии, 5-я танковая армия) планировалось во взаимодействии с Южным фронтом окружить и разгромить всю его донбасскую группировку.

К исходу 18 февраля армии правого крыла Юго-Западного фронта, продвинувшись до этого с боями на 150-300 км и освободив от оккупантов северо-восточную часть Донбасса, развивали наступление в полосе шириной 330 км одновременно по трем расходящимся направлениям – на Красноград, Запорожье и Красноармейское. При этом генерал-полковник Н.Ф. Ватутин, передав в состав 6-й армии 1-й гвардейский и 25-й танковые корпуса, совершенно не располагал резервами, что не позволяло ему в случае необходимости реагировать на резкие изменения обстановки. Кроме того, подвижная группа фронта в результате контратак противника, которые тот начал предпринимать с 11 февраля, была остановлена в районе Красноармейского, понесла большие потери и, имея в своем составе лишь 88 танков, не могла достичь решительного перелома в общем ходе сражения.

В феврале 1943 г. Ватутину присвоено звание генерал армии.
В марте 1943 г. он вновь был назначен командующим Воронежским фронтом, которому суждено было сыграть важную роль в Курской битве. В начале июля 1943 г. на Курской дуге войскам фронта под командованием Ватутина пришлось выдержать удар самой мощной группировки немецко-фашистских войск в ходе операции «Цитадель». В полосе действий фронта произошло знаменитое танковое сражение под Прохоровкой. В начале августа 1943 г., обескровив ударную мощь немецких соединений, войска Ватутина перешли в контрнаступление и освободили вместе с войсками Степного фронта города Белгород и Харьков. 1-й Украинский фронт сыграл решающую роль в битве за Днепр, освободив 6 ноября 1943 г. Киев.

Последней операцией, в которой принял участие Н.Ф. Ватутин, была Корсунь-Шевченковская в январе-феврале 1944 г., в ходе которой была окружена и уничтожена крупная группировка противника. 

29 февраля 1944 г. штабные легковые машины, в одной из которых находился Ватутин, неожиданно столкнулись с подразделением украинских националистов, совершавших диверсионные акты против частей Красной Армии. В результате разыгравшегося боя Ватутин, принявший в нем непосредственное участие, был тяжело ранен. 15 апреля он скончался в Киевском госпитале. Похоронен в Киеве, где впоследствии ему был установлен памятник.

Указом президиума от 6 мая 1965 года генералу армии Ватутину Николаю Фёдоровичу присвоено звание Героя Советского Союза (посмертно).