Николай Петрович Вагнер родился 18 (30) июня 1829 года в Богословском заводе Пермской губернии. Он происходил из семьи выходцев из Саксонии. Его отец, П. И. Вагнер, был профессором минералогии Казанского университета. В 1849 году Николай Вагнер удостоился золотой медали за выпускную квалификационную работу в университете, а в 1855 году защитил диссертацию на соискание степени доктора естественных наук.

Николай Вагнер преподавал в Нижегородском дворянском институте, затем в Казанском университете, и с 1871 года - в Санкт-Петербургском университете. Он читал лекции по зоологии на Бестужевских курсах. В 1861-1864 годах Вагнер был редактором "Учёных записок Казанского университета", а в 1876-1878 годах возглавлял научно-популярный журнал "Свет".

Вагнер активно изучал морскую фауну Чёрного и Средиземного морей, организовав несколько экспедиций на Соловецкий архипелаг. В 1863 году он был удостоен Демидовской премии за работу "Самопроизвольное размножение гусениц насекомых", в которой впервые было описано явление педогенеза. В 1881 году Вагнер основал и возглавил биологическую станцию на Соловецких островах.

Помимо научной деятельности, Вагнер занимался литературным творчеством. Он писал под псевдонимом "Кот-Мурлыка" и опубликовал несколько сборников сказок, включая "Сказки Кота-Мурлыки", которые выдержали десять изданий. Вагнер также написал несколько научно-популярных книг, включая "Очерк зоологии" и "Картины из жизни животных".

Николай Петрович Вагнер скончался 21 марта (3 апреля) 1907 года в Санкт-Петербурге. Он был удостоен орденов Святого Владимира 3-й степени, Святой Анны 1-й и 2-й степеней, Святого Станислава 1-й степени. Вагнер был членом-корреспондентом Императорской Санкт-Петербургской академии наук и почётным членом Императорского Казанского университета.