Родился 11 января 1923 года в городе Жиздра (ныне административный центр Жиздринского района Калужской области). Окончил среднюю школу. С 15 мая 1941 года в рядах Красной Армии, призван Орджоникидзевским РВК (города Жиздра). В 1942 году окончил военную авиационную школу лётчиков. Служил пилотом в 16-м ЗИАП Приволжского военного округа.

С 13 августа 1943 года младший лейтенант Н. Н. Железнов в действующей армии. Воевал в 866-м ИАП, где прошёл путь от рядового пилота до командира звена. Боевую работу начал на Юго-Западном фронте, который 20 октября 1943 года был переименован в 3-й Украинский фронт (в составе 288-й ИАД, 17-й Воздушной армии), летая на Як-1Б и Як-7Б. В марте 1944 года в полк стали поступать и Як-9, а 17 августа 1944 года - первые 8 Як-3. 15 декабря 1944 года лётный состав полка отправился в 18-й ОУТАП (17-й Воздушной армии) для полного перевооружения на новые истребители Як-3. 20 января 1945 года вернулся к боевой работе на 3-м Украинском фронте. Принимал участие в боях за освобождение Белграда, взятие Вены и Будапешта.

К 9 мая 1945 года командир звена 866-го истребительного авиационного полка (288-я истребительная авиационная дивизия, 17-я Воздушная армия, 3-й Украинский фронт) старший лейтенант Н. Н. Железнов совершил 219 боевых вылетов, провёл 52 воздушных боя и сбил лично 7 самолётов противника.

После окончания войны продолжал служить на различных должностях в ВВС. С 10 августа 1971 года подполковник Н. Н. Железнов - в запасе.

Награждён орденами: Красного Знамени (20.09.1944), Отечественной войны 1-й степени (12.05.1945), Отечественной войны 2-й степени (НЕТ - 11.03.1985), Красной Звезды (29.10.1943, 30.12.1956), Славы 3-й степени (20.02.1944); медалями, в том числе "За боевые заслуги" (19.11.1951).