Николай Геннадиевич Басов родился 14 декабря 1922 года в городе Усмань. Его отец, Геннадий Фёдорович Басов, был инженером-гидротехником, а мать, Зинаида Андреевна Молчанова, окончила Усманскую женскую гимназию с золотой медалью. В 1927 году семья переехала в Воронеж. Басов окончил среднюю школу в Воронеже в 1941 году и был призван на военную службу. После войны он поступил в МИФИ и защитил диплом в 1950 году. С 1948 года Басов работал лаборантом в Физическом институте имени Лебедева АН СССР, где продолжил работу после получения диплома под руководством М. А. Леонтовича и А. М. Прохорова.

В 1953 году Басов защитил кандидатскую, а в 1956 году — докторскую диссертацию по теме «Молекулярный генератор». В 1958-1972 годах он являлся заместителем директора ФИАН, а с 1973 по 1989 годы был директором этого института. Басов внёс значительный вклад в развитие квантовой электроники и создание лазерных установок. Он был одним из создателей микроволнового аммиачного генератора — мазера. Басов также был депутатом Совета Союза Верховного Совета СССР 9-11 созывов.

Басов был награждён Ленинской премией в 1959 году и Нобелевской премией по физике в 1964 году за разработку нового принципа генерации и усиления радиоволн. Он также был дважды Героем Социалистического Труда и лауреатом Государственной премии СССР. Басов был членом Леопольдины, иностранным членом Болгарской академии наук, Индийской национальной академии наук и НАН Беларуси. Он скончался 1 июля 2001 года. В его честь названа малая планета, открытая в 1978 году, и учреждена золотая медаль имени Н. Г. Басова, присуждаемая Российской академией наук за выдающиеся работы в области физики.