Николай Пеньков родился в городе Бузулук, Оренбургская область, РСФСР, СССР. В 1950-1952 годах учился в Алма-Атинском кинотехникуме, затем - в Куйбышевском медицинском институте. Будучи студентом начал играть в самодеятельных спектаклях. В итоге он определился, что хочет связать жизнь с актерской профессией. В 1959 году окончил Ленинградский театральный институт им. А.Н. Островского по специальности «Артист театра и кино», мастерская Л.Ф. Макарьева. В 1959-1969 годах играл в Театре имени Ленсовета. В 1969-1972 годах - актер Театра Группы советских войск в ГДР. В 1972-1974 годах - актер Театра Комедии имени Акимова. С 1974 года начал служить в Московском Театре Сатиры. Исполнил множество запомнившихся зрителям ролей. Великолепная игра артиста стала эталоном для его последователей. Поклонники запомнили Присыпкина в исполнении Пенькова из спектакля «Клоп». Яркими стали роли Скотинина в «Недоросле», Атамана Платова в постановке «Левша», Шамраева в «Тенях». С 1959 года начал сниматься в кино, дебютировав в фильме «В твоих руках жизнь» в роли солдата-радиста. Широкую известность получил после роли анархиста Левы Задова в киноповести Василия Ордынского «Хождение по мукам», вышедшей на экраны в 1977 году. Крылатой стала фраза его киногероя: «Я - Лева Задов, со мной брехать не надо, я тебя буду пытать, ты будешь отвечать». Далее были работы в фильмах «Прошу слова», «Женитьба», «Почти смешная история», «Ошибки юности», «Следствие ведут Знатоки». В 1992 году исполнил главную роль в драме «Большой капкан, или Соло для кошки при полной луне». Его герой - Василий Андреевич Замковой, немолодой и давно женатый крупный правительственный чиновник. Он приехал на отдых в родные места и полюбил юную медсестру Марину, которая ответила ему взаимностью. У них рождается сын. Но потом выясняется, что вся эта романтическая история была разыграна по сценарию сестры Марины, которая хотела устроить себе и сестре красивую жизнь. В 2000-е снялся в картинах «Замыслил я побег», «В круге первом», «Московская история».