Родился в 1895 году в г. Юрьев-Польский Владимирской губернии. Окончил гимназию, учился в Петроградском политехническом институте. В 1916 году призван в армию, в 1917 году окончил артиллерийское училище. В 1919 году вступил в Красную Армию и связал с ней дальнейшую жизнь. Участник Гражданской войны 1919-1921 гг. На фронте с начала Великой Отечественной войны.
Генерал-полковник артиллерии. С июля 1941 года по апрель 1943 года был начальником (командующим) артиллерией 21-й и 43-й армий, с апреля 1943 года – командующий артиллерией Степного военного округа, затем Степного фронта, с июля 1943 года по май 1945 года – 2-го Украинского фронта. Участвовал в Белгородско-Харьковской, Кировоградской, Корсунь-Шевченковской, Уманско-Ботошанской, Ясско-Кишеневской, Дебреценской, Будапештской, Венской, Пражской операциях. За успешное командование артиллерией фронтов, личное мужество и отвагу в боях Указом Президиума Верховного Совета СССР от 28 апреля 1945 года Н.С. Фомину присвоено звание Героя Советского Союза. С августа 1945 года генерал-полковник артиллерии Фомин командовал артиллерией Забайкальского фронта и принимал участие в советско-японской войне.
Награды: орден Красного Знамени (12.04.1942, 03.11.1944), орден Кутузова I степени (27.08.1943, 08.09.1945), орден Ленина (22.02.1944, 21.02.1945), орден Суворова I степени (13.09.1944), звание Герой Советского Союза (28.04.1945), орден Отечественной войны I степени (06.04.1985) и др.
Умер в 1987 году.
УКАЗ ПРЕЗИДИУМА ВЕРХОВНОГО СОВЕТА СССР от 28 апреля 1945 года.
О присвоении звания Героя Советского Союза генералам, офицерскому, сержантскому и рядовому составу Красной Армии. «За образцовое выполнение боевых заданий командования на фронте борьбы с немецкими захватчиками и проявленные при этом отвагу и геройство присвоить звание ГЕРОЯ СОВЕТСКОГО СОЮЗА с вручением ордена ЛЕНИНА и медали «ЗОЛОТАЯ ЗВЕЗДА»:
…
Генерал-полковнику артиллерии ФОМИНУ Николаю Сергеевичу».