Микола Костомаров народився в селі Юрасівка Воронезької області, що входила в ті часи до складу Слобідсько-Української губернії. Він був позашлюбним сином поміщика Івана Костомарова та кріпачки Тетяни Мельникової. Початкову освіту Костомаров отримав у воронезькому пансіоні, потім вступив до Харківського університету, а в 1837 році, у віці 20 років, отримав ступінь кандидата — перше вчене звання.
Знайомство з видатними сучасниками — Т. Шевченком, П. Кулішем, М. Максимовичем, М. Гулаком — визначило цікавість Костомарова до культури та історії українського народу. Його магістерська дисертація була присвячена церковній унії в Україні та Білорусії, однак власті не допустили її до захисту, тому що в ній ішлося про зловживання духівництва, сваволю влади і народні повстання.
Історик підготував нову дисертацію, засновану на вивченні пам’ятників народної культури, і в 1844 році з успіхом її захистив. Уже тоді він захопився ідеєю об’єднання слов’ян і вважав, що серед слов’янських народів українському належить особлива роль у звільненні від деспотизму та кріпосного рабства. Не дивно, що Костомаров став одним із творців Кирило-Мефодіївського товариства, автором його уставу та «Книги буття українського народу», у якій на основі біблійних сюжетів викладено програмні цілі товариства і його завдання. Ця таємна організація вперше поставила завдання відродження нації та української державності, боротьби проти самодержавства, кріпосництва й установлення демократії.
У березні 1847 року Кирило-Мефодіївське товариство було розгромлене за доносом провокатора. М. Костомарова і П. Куліша було заслано вглиб Росії, Т. Шевченка віддано на 10 років у солдати, а М. Гулака ув’язнено на три роки в Шліссельбурзькій фортеці.
Костомаров опинився в Саратові і, незважаючи на становище засланця, відразу ж включився в наукову працю. Тут він закінчив монографію про Богдана Хмельницького й опублікував дослідження «Бунт Стеньки Разіна». У 1856 році історик був звільнений і виїхав за кордон, а в 1859 році одержав пропозицію очолити кафедру російської історії в Петербурзькому університеті. Його вступну лекцію зустріли оваціями, а сучасник відзначав: «Кожна лекція Костомарова кликала на площу!»
В 1863 році вчений залишив викладання і цілком зосередився на науковій праці. Головними творами його життя стали дослідження «Богдан Хмельницький» (1876 p.), «Руїна» (1880 p.), «Мазепа» і «Мазепинці» (1882—1884 pp.). З 1872 року Костомаров страждав тяжким захворюванням очей, і останні роботи йому довелося диктувати помічникам. Восени 1881 року Костомарова збив на вулиці ломовий візник, і це остаточно підірвало його здоров’я. 7 квітня 1885 року видатний історик України помер. Могила його знаходиться в Петербурзі, на Волковому цвинтарі.
Усе своє життя він керувався одним девізом: «Щира любов історика до Батьківщини може проявлятися лише в суворій повазі до правди».
