Николай Александрович Винниченко родился 10 апреля 1965 года в селе Октябрьское Казахской ССР.
В 1987 году окончил юридический факультет Ленинградского государственного университета им. А.А. Жданова по специальности «правоведение» (однокурсник премьера Дмитрия Медведева).
В 1987—1994 гг. работал в прокуратуре города Ленинграда (Санкт-Петербурга): стажер, прокурор отдела по надзору за исполнением законов о несовершеннолетних, помощник и старший помощник прокурора города по надзору за следствием в органах КГБ, начальник отдела по надзору за следствием в органах федеральной безопасности.
В 1995—1998 гг. — прокурор Московского района Санкт-Петербурга.
С 1998 по 2001 год — заместитель прокурора Санкт-Петербурга, осуществлял надзор за следствием, с конца 2000 года — надзор за милицией.
С 2001 по 2003 год — главный федеральный инспектор по Санкт-Петербургу аппарата полномочного представителя Президента России в Северо-Западном федеральном округе.
С 2003 по 2004 год — прокурор Санкт-Петербурга.
21 октября 2004 года Указом Президента России назначен директором Федеральной службы судебных приставов — главным судебным приставом Российской Федерации.
С 8 декабря 2008 года — полномочный представитель Президента Российской Федерации в Уральском федеральном округе.
С 6 сентября 2011 года по 11 марта 2013 года — полномочный представитель Президента Российской Федерации в Северо-Западном федеральном округе.
