Родился 27 февраля 1976 года в городе Вязники Владимирской области.
После окончания школы поступил во Владимирский государственный университет по специальности «Экономика. Менеджмент».
После окончания университета работал в разных коммерческих структурах.
В 2005 году в Российском государственном социальном университете (г.Москва) защитил кандидатскую диссертацию. Кандидат экономических наук.
С 1993 по 2015 год работал в ООО «Алеант» в должности генерального директора. С 1999 года параллельно работал в ООО «Стекло-Газ-Холдинг» в должности генерального директора до 2015 года.
До избрания в Госдуму седьмого созыва работал Управляющим директором ООО «ПромГазСервис», который обеспечивал строительство крупнейших инфраструктурных проектов на территории Российской Федерации. Тульский холдинг, в частности, занимался сооружением газопроводов в Сургуте.
C 2016 года был избран в депутаты Государственной Думы VII и VIII созывов.
Николай Петрунин скончался 12 октября 2022 года после тяжелой болезни. Госдума прекратила его полномочия 18 октября.