Родился в д. Гузово Волчанского района Харьковской области в крестьянской семье.
Учился в сельской школе.
В 1943 г. во время Великой Отечественной войны, мобилизован в Красную армию. После краткосрочных курсов — сержант, начальник радиостанции 133-го гвардейского Барановичского полка РГК 28-й армии.
Участвовал в боевых действиях на Украине, в Белоруссии, Польше, Чехословакии, штурмовал Кенигсберг. Войну окончил в Берлине.
В 1951 г. майор Н.В. Сухомлинов демобилизовался из армии и поступил в Ростовский институт сельскохозяйственного машиностроения.
В 1956 г. направлен по распределению на завод геологического оборудования «Геомаш» г. Щигры Курской области.
С июля 1959 г. по 1962 г. Н.В. Сухомлинов — директор «Геомаша».
В 1962 г. — заведующий промышленно-транспортного отдела Курского обкома КПСС.
В 1964 г. — заместитель председателя Курского облисполкома.
Будучи на пенсии (1990), Н.В. Сухомлинов инициирует создание областной Книги Памяти и становится ответственным секретарём.
Под его руководством и при активном участии вышло четырнадцать томов Книги Памяти, с именами курян, погибших на фронтах в годы Великой Отечественной войны и в партизанской борьбе. Отдельным изданием вышел том, посвящённый уроженцам Курской области, погибшим в Афганистане.
Н.В. Сухомлинов избирался депутатом Щигровского районного, Курского областного Советов народных депутатов. Вёл большую общественную работу как член президиума областного Совета ветеранов войны, труда, Вооружённых сил и правоохранительных органов.
Скончался в Курске. Похоронен на Северном кладбище.
Награды: орден Отечественной Войны II степени, орден «Знак Почёта», медали СССР и Российской Федерации, лауреат премии общественного признания «Курская антоновка» Человек года-2002.
В 2006 г. в память о Н.В. Сухомлинове в Курске на ул. Ленина, 108 установили памятную доску.