Николай Николаевич Качалов — представитель старинного дворянского рода. Он получил образование в Морском корпусе, а затем продолжил обучение в Морской академии и Минном офицерском классе.

Николай Николаевич участвовал в Русско-турецкой войне, после чего перешёл на гражданскую службу. В Главном управлении почт и телеграфов он получил должность инспектора в Техническом училище Почтово-телеграфного ведомства, которое впоследствии было преобразовано в Электротехнический институт. После смерти первого директора института Н. Г. Писаревского Николай Николаевич возглавил учебное заведение.

При нём институт получил статус высшего учебного заведения с пятилетним сроком обучения. Была поставлена задача подготовки инженеров по всем электротехническим специальностям. На должности профессоров были приглашены почётные инженеры-электрики А. А. Воронов и А. С. Попов.

Решением Совета Электротехнического института действительный статский советник Н. Н. Качалов был удостоен звания почётного инженера-электрика. Он также был председателем Общества инженеров-электриков и созданного при Электротехническом институте Русского электрического общества.

Когда в конце XIX века по решению Государственного совета были выделены средства на строительство нового учебного корпуса Электротехнического института на Аптекарском острове, Н. Н. Качалов, ставший председателем Комиссии по строительству зданий, настоял на том, чтобы в проекте учитывались пожелания всех передовых учёных, работавших в институте. Для преподавателей и служащих института на этой же территории был построен жилой дом. Н. Н. Качалов с семьёй переехал в квартиру на втором этаже, с балконом и окнами на Песочную улицу (ныне улица Профессора Попова). В просторной квартире был театр, устраивались музыкальные вечера и домашние спектакли.

Во время революционных событий 1905 года был издан декрет, согласно которому должность директора становилась выборной. Совет Электротехнического института избрал директором профессора А. С. Попова, и Н. Н. Качалов был вынужден подать в отставку. После этого он был назначен архангельским губернатором и занимал эту должность в течение двух лет.

Николай Николаевич Качалов скончался и был похоронен в Крыму.