Родился 27 августа на станции Богандинская Тюменского района Тюменской области.
Трудовую деятельность Николай начал в 1970 году электромонтером Богандинского СМУ треста «Облмежколхозстрой». Через год поступил на механический факультет Тюменского индустриального института (теперь ТИУ).
В 1977 году с отличием окончил Ленинградский политехнический институт им. М. И. Калинина (теперь Санкт-Петербургский государственный технический университет) по специальности «Строительные и дорожные машины и оборудование», квалификация – инженер-механик.
Кандидатскую диссертацию на тему «Исследование системы передвижения траншейных экскаваторов» защитил в 1981 году. Работал в вузе ассистентом, затем старшим преподавателем, позже заведующим кафедрой. С 1986 года – проректор по научной работе Тюменского индустриального института. С 1990 по 1994 гг. – ректор ТИИ. С 1994 по 2010 гг. – ректор ТюмГНГУ.
Под руководством Карнаухова университет стал комплексным учебным заведением, которое включало учреждения общего среднего образования, среднего профессионального образования, высшего и послевузовского образования. В Тюменской области и северных округах создали 18 филиалов университета.
Николай Николаевич избирался председателем Диссертационного совета по специальности «Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ», председателем Совета ректоров вузов Тюменской области, членом Тюменского городского административного совета, президентом Тюменской Торгово-Промышленной Палаты. С 2001 года был депутатом Тюменской областной думы. Действительный член пяти общественных академий: Академии технологических наук РФ, Академии проблем качества РФ, Международной академии информатизации, Нью-Йоркской академии наук, Международной академии наук высшей школы.
Профессор запатентовал свыше двадцати изобретений для адаптации машин и механизмов к условиям Севера. Написал 175 научных работ, в том числе пять монографий. Создал научную школу, в которой под его руководством защищено семь кандидатских диссертаций.
Награжден медалью «За трудовое отличие», нагрудным знаком «Почетный работник газовой промышленности», нагрудным знаком «Почетный Знак Союза нефтегазопромышленников России», орденом Почета, нагрудным знаком «Почетный работник топливно-энергетического комплекса» и «Почетный работник высшего профессионального образования РФ», медалью «200 лет Министерству обороны», знаком Федерации независимых профсоюзов России «За содружество».
Нашему земляку присвоены звания «Почетный работник газовой промышленности», «Почетный работник ТЭК», «Почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации», «Почетный строитель», «Заслуженный работник высшей школы Российской Федерации», «Почетный нефтегазостроитель», «Заслуженный деятель науки ХМАО», «Почетный работник образования и науки Тюменской области», «Почетный нефтяник Тюменской области», «Почетный работник Тюменского государственного нефтегазового университета». В 2021 году награжден знаком «За заслуги перед городом Тюменью». Имеет воинское звание подполковника запаса.
При содействии Николая Карнаухова в сквере Тридцатилетия Победы Тюмени к 60-й годовщине окончания Великой Отечественной войны установили мраморный памятник победителям. Кроме того, с 2002 года Николай Николаевич назначен председателем попечительского совета по строительству храма в честь преподобного Серафима Саровского.
Лауреат премии им. В. И. Муравленко, премии правительства РФ в области образования и премии имени Н. К. Байбакова. Лауреат Всероссийского конкурса «Инженер года», обладатель премии правительства РФ в области образования, почетный профессор университета Феникс (University of Phoenix – штат Калифорния, США).
С декабря 2009 года работает генеральным директором компании «ЛУКойл-Инжиниринг» в Москве.