Николай Львов родился 4 марта 1751 года в Тверской губернии в поместье Черенчицы, в обедневшей дворянской семье. Ещё в детстве он был записан в гвардейский Измайловский полк. После наступления восемнадцатилетия молодой человек направился в Санкт-Петербург для прохождения военной службы.
В Измайловском полку работала полковая школа, готовившая офицеров для армии. В этой школе Николай Львов увлёкся литературой. Вокруг него даже образовался кружок, где обсуждались произведения русских и зарубежных авторов. За время учёбы талантливый юноша приобрёл навыки поэта, рисовальщика, гравера. Но его любимым предметом стала архитектура. Первый петербургский адрес Николая Львова - 11-я линия Васильевского острова, дом братьев Соймоновых, его близких родственников.
Оставив службу в Измайловском полку, Николай Львов перешёл в Коллегию иностранных дел. Благодаря этому архитектор стал часто бывать за границей: в Германии, Франции, Италии, Испании. Во время этих поездок кроме исполнения служебных обязанностей он знакомился с европейской архитектурой.
Первая самостоятельная работа Николая Львова как архитектора - проект собора святого Иосифа в Могилёве. Для данного важного проекта в 1780 году был организован конкурс, на котором Львову помог выиграть граф А. А. Безбородко, знавший таланты зодчего. Кроме того, успеху сопутствовало желание императрицы Екатерины II способствовать новым веяниям в архитектуре. После утверждения проекта, Львову был поручено обустроить всю площадь вокруг собора.
В том же 1780 году Николай Львов создал проект Невских ворот Петропавловской крепости. Почти сразу же он приступил к работе над зданием Петербургского почтамта. Работу зодчего высоко оценили. В 1783 году его избирают в Российскую Академию, а в 1785 году Львов становится почётным членом Академии художеств.
Зодчий тратил своё время в основном на другие, неархитектурные задачи. Николай Львов продолжал служить в Коллегии иностранных дел и выезжать за границу. Графом Безбородко он был назначен советником почтового департамента. Из-за занятости Львова здание почтамта достраивал Я. Шнейдер. В одной из квартир, построенных в этом здании Львов прожил десять лет.
В 1780-х годах Николай Львов активно строил частные особняки. Среди всех частных заказов в 1780-х годах оказалась постройка Свято-Троицкой церкви, которую в народе прозвали "Кулич и Пасха". Этот храм стал одной из самых заметных работ архитектора. В посёлке Мурино Львовым было построено здание церкви великомученицы Екатерины. Самым значимым проектом зодчего стал собор Борисоглебского монастыря в Торжке, совсем рядом с Родиной Львова. В 1791-1793 году Николай Львов построил особняк для Г. Р. Державина (наб. р. Фонтанки, 118) в котором сейчас размещается музей Державина и русской словесности его времени.
Результатом экспериментов Николая Львова с новыми строительными материалами стал землебитный замок Приорат в Гатчине. Приоратский дворец стал уникальным сооружением, построенным буквально из земли. Его соорудили всего за три месяца. Львовым была основана школа, где обучали землебитному строению. Однако этот способ строительства в России не прижился. Вместе с тем, земляной Приоратский дворец уцелел даже во время Великой Отечественной войны.
прозаик, переводчик, мастер рисунка и архитектор.
В 1799 году на Львова было заведено уголовное дело по поводу расходов на землебитные постройки. Это подорвало здоровье архитектора. 3 января 1803 года после череды болезней Николай Александрович Львов умер.