Окончил Московское хоровое училище имени А. В. Свешникова, а также Академию хорового искусства имени В. С. Попова и там же аспирантуру в классе профессора Дмитрия Вдовина. 

В сезоне 2002–2003 — ведущий солист Московского театра «Новая Опера» имени Е. В. Колобова.

С 2003 по 2005 год — солист Houston Grand Opera (США). В это время певец дебютировал на сценах оперных театров и концертных залов Нью-Йорка, Вашингтона, Хьюстона, Парижа, Лондона, Берлина, Барселоны, Мадрида, Копенгагена, Кёльна, Варшавы, Зальцбурга, Санкт-Петербурга, Москвы и др.

Исполнил партии в операх: «Моцарт и Сальери», «Риголетто», «Евгений Онегин», «Тоска», «Юлий Цезарь», «Мадам Баттерфляй», «Севильский цирюльник», «Турандот», «Волшебная флейта», «Маленький принц», «Трубадур», «Идоменей», «Ромео и Джульетта», «Золушка», «Троянцы», «Милосердие Тита», «Дон Карлос», «Бал-маскарад», «Богема», «Сомнамбула», «Капулетти и Монтекки», «Аида», «Норма», «Турок в Италии», «Фальстаф», «Сила судьбы», «Симон Бокканегра», «Дон Жуан», «Борис Годунов» и др.

Исполнял оперные партии и участвовал в концертах со знаменитыми певцами современности, в том числе с Джун Андерсон, Рамоном Варгасом, Владимиром Галузиным, Эдитой Груберовой, Марией Гулегиной, Николаем Гяуровым, Массимо Джордано, Лорой Клейкомб, Матти Сальминеном, Брин Терфилем, Рене Флеминг, Федерикой Фон-Штаде, Миреллой Френи и др.

Сотрудничал с такими дирижёрами, как Антонелло Аллеманди, Александр Анисимов, Марко Армильято, Рудольф Баршай, Валерий Гергиев, Энрике Маццола, Эдоардо Мюллер, Михаил Плетнёв, Геннадий Рождественский, Патрик Саммерс, Нелло Санти, Василий Синайский, Владимир Спиваков, Владимир Федосеев, Владимир Юровский и др. 

С 2013 года — приглашённый солист Государственного академического Большого театра России.

С 2005 года — художественный руководитель благотворительного проекта «Белый пароход». С 2017 года — президент фонда поддержки творчески одарённых детей и молодёжи «Белый пароход».

В 2017 году запись сочинения Пендерецкого Dies Illa с участием Николая Диденко удостоена «Грэмми».

С 2017 года — член президиума Всероссийского хорового общества.

В 2024 году удостоен премии Президента РФ в области литературы и искусства за произведения для детей и юношества.