В 1935 году Николай Тихонов был призван на службу в РККА, в 1937 году окончил Ленинградскую военную авиатехническую школу, а в 1939 году — Качинскую военную авиационную школу летчиков. С июня 1941 года он воевал на фронтах Великой Отечественной войны. Сражался на Брянском, Западном, Северо-Западном и Калининском фронтах.
К сентябрю 1943 года Николай Тихонов в звании капитана командовал эскадрильей 42-го истребительного авиаполка 240-й истребительной авиадивизии 3-й воздушной армии Калининского фронта. К этому моменту совершил 229 боевых вылетов, принял участие в 59 воздушных боях, лично сбил 16 вражеских самолетов и один — в группе, еще два самолета уничтожил на земле.
10 сентября 1943 года самолет Николая Тихонова был сбит в районе Духовщины, летчик погиб. Похоронен в братской могиле в деревне Воронцово Духовщинского района Смоленской области.
Указом Президиума Верховного Совета СССР «О присвоении звания Героя Советского Союза офицерскому составу военно-воздушных сил Красной Армии» от 4 февраля 1944 года за «образцовое выполнение боевых заданий командования на фронте борьбы с немецкими захватчиками и проявленные при этом отвагу и геройство» Николай Тихонов был удостоен посмертно звания Героя Советского Союза.
Также летчик был награжден орденом Ленина, тремя орденами Красного Знамени, орденом Отечественной войны 1-й степени, медалями.
Николай Тихонов навечно зачислен в списки личного состава воинской части.
