Николай Николаевич Черепнин родился 15 мая 1873 года в Санкт-Петербурге  в семье известного медика Николая Петровича Черепнина. Учился в частной гимназии, после окончания юридического факультета Петербургского университета (1895) поступил в Петербургскую консерваторию, которую в 1898 году с отличием окончил  по классу композиции Н. А. Римского-Корсакова. С 1898 года дирижировал хором Мариинского театра, с 1906 года — дирижёр театра. Дирижировал концертами Русского музыкального общества, «Русскими симфоническими концертами»,  участвовал в «Русских сезонах» Сергея Дягилева. Член Беляевского кружка,  входил в объединение «Мир искусства». До революции преподавал дирижирование в Петербургской консерватории (с 1909 года — профессор), среди его учеников были Николай Обухов и Сергей Прокофьев, посвятивший учителю несколько сочинений. В 1918-1921 занимает пост директора Тифлисской консерватории. В 1921 переезжает во Францию, где сотрудничает с балетной труппой Анны Павловой. В 1925 году он основал и возглавил Русскую консерваторию в Париже. В 1932 был приглашен Сергеем Кусевицким продирижировать Бостонским симфоническим оркестром. С 1937 года возглавлял Попечительский совет издательства «М. П. Беляев в Лейпциге». Умер 27 июня 1945 года в Исси-ле-Мулино, Франция.  Похоронен на кладбище Сент-Женевьев-де-Буа.