Родился 15 сентября 1922 года в деревне Игнатьевские Выселки (Серпуховской район Московской области). В 1936 году окончил Нехорошевскую сельскую неполную школу, в 1939 году - Серпуховский рабфак и аэроклуб. С декабря 1939 года в рядах Красной Армии. В сентябре 1940 года окончил Качинскую военную авиационную школу лётчиков. Служил младшим лётчиком в 161-м РЗАП и 84-м ИАП.

С 10 августа 1942 года младший лейтенант Н. Л. Трофимов на фронтах Великой Отечественной войны. Боевую деятельность начал в составе 84-"А" ИАП (младший лётчик, командир звена), участвовал в обороне Кавказа, летал на И-153 и И-16. 27 сентября 1942 года ранен осколком снаряда в ногу (раздроблена стопа). В мае 1943 года переведён в 16-й Гвардейский ИАП (командир звена, заместитель командира и командир эскадрильи), летал на "Аэрокобре.

К марту 1945 года командир 3-й эскадрильи 16-го Гвардейского истребительного авиационного полка (9-я Гвардейская истребительная авиационная дивизия, 6-й Гвардейский истребительный авиационный корпус, 2-я Воздушная армия, 1-й Украинский фронт) Гвардии капитан Н. Л. Трофимов совершил 341 боевой вылет, в 72 воздушных боях сбил лично 14 и в группе 11 самолётов противника. За эти подвиги представлен к высшей награде страны.

К 9 мая 1945 года Гвардии капитан Н. Л. Трофимов совершил 387 боевых вылетов, провёл 76 воздушных боёв, в которых сбил лично 15 и в составе группы 11 самолётов противника. Воевал на Закавказском, Северо-Кавказском, Южном, 4-м Украинском, 2-м Украинском, 1-м Украинском фронтах. Участник Парада Победы 24 июня 1945 года в Москве на Красной площади. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 27 июня 1945 года удостоен звания Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали "Золотая Звезда" (№ 6054).

После войны продолжал служить в ВВС. С марта 1946 года учился на командном факультете Военно-Воздушной академии. С мая 1950 года - заместитель командира 72-го Гвардейского ИАП по лётной части. В составе этого полка (151-я истребительная авиационная дивизия, 64-й истребительный авиационный корпус) с ноября 1950 года по февраль 1951 года участвовал в Корейской войне 1950-1953 гг. Летал на МиГ-15, сбитых самолётов противника не имел. С 1952 года Гвардии подполковник Н. Л. Трофимов - командир истребительного авиационного полка. В 1959 году окончил авиационный факультет Военной академии Генерального штаба Вооружённых Сил СССР. Командовал дивизией, авиацией армии ПВО (в Минске). После списания с лётной работы, работал начальником Управления кадров Войск ПВО страны. С 1982 года генерал-лейтенант авиации Н. Л. Трофимов - в запасе. Жил в Москве. Умер 1 марта 1998 года, похоронен на Троекуровском кладбище.

Награждён орденами: Ленина (26.06.1945), Красного Знамени (14.11.1942, 31.10.1943, 27.03.1944, 22.10.1944, ...), Александра Невского (13.05.1945), Отечественной войны 1-й степени (25.04.1945, 11.03.1985), Красной Звезды (дважды), "За службу Родине в Вооружённых силах СССР" 3-й степени; медалями и рядом наград иностранных государств.