Тайный советник (с 30.08.1865). Сын П.А. Николаи от брака с княжной Александрой-Симплицией де Брольи. Родился в Копенгагене. Образование получил в Императорском Александровском Лицее и в С.-Петербургском университете, в котором окончил курс со степенью кандидата. 1.10.1839 Николаи поступил на службу в МИД, а 11.09.1841 был назначен младшим секретарём при миссии в Гааге. 7.07.1844 Николаи было пожаловано звание камер-юнкера Высочайшего двора; в 1845 он был назначен младшим секретарём посольства в Лондоне. 23.08.1847 произведён в надворные советники, 21.08.1849 - в коллежские советники. Назначенный 11.02.1850 чиновником особых поручений VI класса при Государственной канцелярии, Николаи 1.01.1852 был произведён в статские советники. 9.09.1854 состоялось назначение Николаи на должность советника миссии в Берлине, вскоре он был переведён на должность советника посольства в Лондоне. 15.04.1856 Николаи был пожалован чин действительного статского советника. В 1857, в связи с отъездом из Лондона чрезвычайного посланника и полномочного министра графа M.И. Хрептовича, Николаи дважды исполнял его должность. В 1858 Николаи с супругой был приглашён в Букингемский дворец для участия в торжествах, связанных с бракосочетанием принцессы Виктории (дочери королевы Виктории) и кронпринца Фридриха Прусского. 5.08.1858 он был назначен чрезвычайным посланником и полномочным министром при Швейцарском союзе, а 7.11.1860 перемещён на такую же должность при короле Датском. В 1864 в доме Николаи останавливался цесаревич Николай Александрович, прибывший в Данию для знакомства с принцессой Дагмарой, которой он в итоге сделал предложение. Однако в 1865 цесаревич умер, а Дагмара вышла замуж за его младшего брата вел. кн. Александра Александровича (будущего имп. Александра III). 2.10.1867 по состоянию здоровья уволен от службы. Скончался в Илленау (Баден) на 51-м году жизни.
За службу был удостоен российских орденов Св. Анны 3-й степ. (1848), Св. Анны 2-й степ. (1854), Св. Владимира 3-й степ. (1858), Св. Станислава 1-й степ. (1861), Св. Анны 1-й степ. (1863), а также иностранных орденов: Св. Иоанна Иерусалимского (Пруссия, 1852), Данеброга (Дания, 1849, 1852) и командорского креста ордена Леопольда (Австрия, 1853). Имение родителей - родовая мыза Монрепо близ Выборга.
Был женат (с 21.06.1853) на баронессе Софье Георгиевне (Софье-Елизавете) Мейендорф (1835-1910), дочери барона Е.К. Мейендорфа, географа, участника миссии А.Ф. Негри в Бухару, внучке Г.О. Штакельберга. Их сын Павел Николаевич (Пауль Эрнст Георг) (1860-1919) - один из основателей российского Студенческого христианского союза и вице-президент Всемирного студенческого христианского союза. С его смертью мужская линия рода Николаи пресеклась. Дочь Софья Николаевна (София Луиза Татьяна) (1862—1943) была замужем за Виленским губернатором (1902-1905) тайным советником, гофмейстером графом К.К. фон дер Паленом, братом П.К. фон дер Палена. Вторая дочь - Мария Николаевна (?-1942).
