Николай Сергеевич Касимов родился в Москве 16 мая 1946 года.
Обучался на географическом факультете МГУ, который окончил в 1968 году. С 1987 года — глава кафедры географии почв и геохимии ландшафтов. В 1990 году назначен деканом факультета географии МГУ им. М. В. Ломоносова.
С 2000 года — академик и член-корреспондент Академии наук России.
Научные исследования, проводимые Н. С. Касимовым, дали возможность установить главные закономерности современной геохимической структуры пустынных и степных ландшафтов Евразии, их палеогеохмию в кайнозое. Благодаря его усилиям было составлено учение о геохимических барьерах, а также введены начальные представления о двусторонних, литеральных и радиальных барьерах, его перу принадлежит детальное описание кислых, испарительных и щелочных барьерах. На протяжении последних лет он разработал методические и теоретические основы геохимии, была выполнена оценка городских ландшафтов, сделана их подробная геохимическая классификация, геохимии аквальных ландшафтов, геохимические принципы геоинформационных систем регионов и отдельных гоодов.
Н. С. Касимов — руководитель Ландшафтно-геохимической научной школы Полынова — Глазовской — Перельмана, несколько раз возглавлял крупные междисциплинарные проекты, которые имели отношение к исследованиям в области региональных экологических последствий, связанных с глобальным изменением климата , геохимии окружающей среды городов, поисковой геохимии, воздействия ракетно-космической промышленности и других радиоактивных объектов на природную среду, экологического картографирования в рамках реализации Федеральной целевой программы «Исследования и итоговые результаты по наиболее приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса Российской Федерации на 2007-2012 гг. », « Университеты России», «Развитие образования в России», «Интеграция».
Н. С. Касимов является — автор монографии «География, общество, окружающая среда» из 7 томов и 2-х томной монографии «Современные глобальные изменения природной среды», которые являются фундаментальным вкладом в развитии теории и методики современной географической науки.
Н. С. Касимову принадлежит одна из важнейших ролей в развитии высшего географического образования в России. Именно под его руководством была создана в последние годы система экологического образования России.
Н. С. Касимов за время своей педагогической деятельности подготовил 15 кандидатов и докторов наук.
Он автор более 300 научных работ, в числе которых 5 монографий и учебных пособий.
Академик является редактором журналов «Geography, Environment, Sustainability», «Вестник Московского университета. Серия 5, География», а также членом редколлегий журналов «Известия Русского Географического общества», «Известия РАН. Серия географическая», «Экология России», «Экология и жизнь» и ряда других изданий.
Н. С. Касимов в настоящее время является вице-президентом Русского географического общества, председатель Научно-методического совета по экологии Министерства образования Российской Федерации, член Совета по фундаментальным географическим проблемам Российской академии наук, Национального Комитета по международной геосферно-биосферной программе.
Дважды лауреат премии Правительства РФ.
Награжден орденом Дружбы.