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 (ВВС Московского военного округа).

С 9 июня 1943 года младший лейтенант Н. С. Артамонов в действующей армии: в должности лётчика 297-го ИАП (302-я ИАД), летая на Ла-5. Боевую работу начал 5 июля 1943 года, первый воздушный бой провёл 25 июля. Воевал на Воронежском фронте (в составе 4-го ИАК, 2-й Воздушной армии), с 23 июля 1943 года - на Степном фронте, был уже командиром звена. С 20 октября 1943 года - 2-м Украинском фронте (в составе 5-й Воздушной армии).

В декабре 1943 года был направлен командиром эскадрильи в 193-й ИАП (2 июля 1944 года преобразован в 177-й Гвардейский ИАП), где продолжал воевать на 2-м Украинском фронте (в составе той же 302-й ИАД). Вскоре назначен помощником командира полка. Летал так же на Ла-5.

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, 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 истребительного авиационного полка (14-я Гвардейская истребительная авиационная дивизия, 3-й Гвардейский истребительный авиационный корпус, 5-я Воздушная армия, 1-й Украинский фронт) Гвардии капитан Н. С. Артамонов был сбит огнём с земли при штурмовке механизированной колонны в районе села Тельдинце (25 км севернее города Эстергом, Словакия) и погиб. Всего совершил 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).