Николай Иванович Лунин родился 1 февраля 1853 года в городе Дерпт ((ныне Тарту), Российская империя  18 июня 1937, Ленинград, СССР) в семье дерптского педагога и лексикографа, автора первого эстонско-русского словаря и переводов православных книг на эстонский язык Ивана Лунина и его жены Анны. 

​

После окончания в 1873 году дерптской гимназии Н. И. Лунин поступил на медицинский факультет Императорского Дерптского университета, где до 1893 года преподавание велось на немецком языке. Он успешно окончил университет в 1878 году и для «дальнейшего совершенствования» был оставлен при кафедре физиологии. Сначала Н. И. Лунин в течение года стажировался в университетских клиниках Берлина, Парижа, Вены и Страсбурга. Затем, вернувшись в Дерпт, он под руководством доктора химии — в те годы ещё доцента — Густава Бунге (Gustav von Bunge) выполнил своё знаменитое экспериментальное диссертационное исследование, обессмертившее его имя, которое назвал: «Ueber die Bedeutung der anorganischen Salze für die Ernährung des Thieres» («О значении неорганических солей для питания животных»). 

​

Н. И. Лунин взял две группы мышей. Одну кормил натуральным коровьим молоком, а другую — смесью белков, жиров, углеводов и минеральных солей, по составу и в соотношениях полностью соответствовавших коровьему молоку. Вся вторая группа мышей вскоре погибла, что позволило Николаю Ивановичу высказать соображение о содержании в молоке (как, впрочем, и любой другой пище) неизвестных, но необходимых для жизни веществ в крайне малых количествах, которые он условно и назвал «неорганическими солями»: «… если, как вышеупомянутые опыты учат, невозможно обеспечить жизнь белками, жирами, сахаром, солями и водой, то из этого следует, что в молоке, помимо казеина, жира, молочного сахара и солей, содержатся еще другие вещества, незаменимые для питания. Представляет большой интерес исследовать эти вещества и изучить их значение для питания». 

​

Учёный совет университета во время защиты в 1880 году высказался весьма скептически о значении диссертации Н. И. Лунина. Даже его научный руководитель Г. Бунге отнесся к идее своего ученика с большим сомнением. Тем не менее Н.И. Лунин получил искомую учёную степень доктора медицины и продолжил службу врачом по министерству государственных имуществ Дерпт-Верроского округа. 

​

В 1882 году Н.И. Лунин переехал в Санкт Петербург и в течение трёх лет работал врачом в детской больницы принца Ольденбургского (с 1919 г. больница им. К. А. Раухфуса). В 1885 году в Клиническом институте Великой княгини Елены Павловны для научно-практического совершенствования врачей был образован курс детских болезней, который возглавил профессор Владимир Николаевич Рейтц. Он пригласил к себе Николая Ивановича, который оказался одним из первых преподавателей курса, преобразованного впоследствии во вторую в Санкт-Петербурге кафедру детских болезней. 

​

В 1897 году Лунин покинул курс, перейдя в Елизаветинскую больницу для малолетних детей и одновременно возглавив Николаевский детский приют на Тверской ул., д 6. В том же году Николай Иванович занялся активной общественной деятельностью. Он вошёл в состав Собственной Его Императорского Величества канцелярии по учреждениям императрицы Марии (отделение по учреждению институтов императрицы Марии), состоял членом Общества немецких врачей, Общества детских врачей, где председательствовал в период с 1914 по 1920 гг., Русского географического общества. 

​

Перед началом Первой мировой войны Н.И. Лунин был вновь приглашён, на этот раз уже старшим врачом в детскую больницу принца Ольденбургского. В 1919 году, после смерти главного врача Юлия Петровича Серка он возглавил больницу, которая при нём и получила имя её основателя К. А. Раухфуса. В 1925 г., оставив административный пост, долго работал ведущим консультантом стационара по педиатрии и «горловым, носовым и ушным» заболеваниям.

​

В 1934 году Лунин стал персональным пенсионером. Он прожил ещё 3 года и скончался 18 июня 1937 года. Похоронен на Волковском лютеранском кладбище рядом с женой, умершей двумя годами ранее, и своим учителем Карлом Андреевичем Раухфусом.