Родился 21 мая 1920 года в деревне Нехлюдовка (ныне Лунинский район Пензенской области). Окончил среднюю школу и 2 курса Московского авиационного института. С 3 апреля 1941 года в рядах Красной Армии. В августе 1942 года окончил Вязниковскую военную авиационную школу пилотов. До мая 1943 года служил в 937-м ИАП.

С июня 1943 года младший лейтенант Н. С. Артамонов в действующей армии. Боевую деятельность начал лётчиком в составе 297-го ИАП (302-я ИАД), летал на Ла-5. В декабре 1943 года направлен в 193-й ИАП (2 июля 1944 года преобразован в 177-й Гвардейский ИАП), где продолжал летать на Ла-5. Воевал на Воронежском, Степном, 1-м Украинском фронтах.

К середине марта 1944 года помощник командира по воздушно-стрелковой службе 193-го истребительного авиационного полка (302-я истребительная авиационная дивизия, 4-й истребительный авиационный корпус, 2-я Воздушная армия, 1-й Украинский фронт) старший лейтенант Н. С. Артамонов совершил 165 боевых вылетов (из них 32 - на разведку), провёл 42 воздушных боя, в которых сбил лично 18 и в составе группы 9 самолётов противника. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 19 августа 1944 года удостоен звания Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали "Золотая Звезда" (№ 1469).

26 марта 1945 года помощник командира 177-го Гвардейского ИАП (14-я Гвардейская ИАД, 3-й Гвардейский ИАК, 5-я Воздушная армия) Гвардии капитан Н. С. Артамонов погиб (сбит огнём с земли) при штурмовке механизированной колонны в районе села Тельдинце в 25 км севернее города Эстергом (Словакия). Всего выполнил 254 боевых вылета, провёл 55 воздушных боёв, сбил лично 28 и в составе группы 9 самолётов противника.

В совхозе имени 9-го Января Лунинского района Пензенской области установлен бюст Героя. Его имя носят улица, школа № 1 в посёлке городского типа Лунино, на здании школы установлена мемориальная доска.

Награждён орденами: Ленина (19.08.1944), Красного Знамени (25.08.1943, 02.09.1943, 26.10.1943), Отечественной войны 1-й степени (05.10.1944, 30.04.1945).