Родился 4 февраля 1867 г. в селе Алисово Фатежского уезда Курской губернии. Окончил Военно-топографическое училище в 1889 г., прошёл войсковую стажировку в 8-м резервном батальоне. Производил топографические работы на съёмке С.-Петербургской губернии и Финляндии, откуда в 1892 г. прикомандирован к Ижорскому резервному батальону для выслуги установленного строевого ценза для поступления в академию.
Окончил геодезическое отделение Николаевской академии Генерального штаба в 1901 г., переведён в Генеральный штаб и назначен производителем нивелирных работ Военно-топографического отдела Главного штаба. Занимался точными нивелировками по железным дорогам Европейской части России. В 1902 г. прикомандирован к 198-му пехотному резервному Александро-Невскому полку для цензового командования ротой.
С 1903 г. – производитель астрономических работ, затем штаб-офицер для поручений и астрономических работ Сибирского военно-топографического отдела. Производил астрономо-геодезические работы в золотоносных районах Ачинско-Минусинского и Канского горных округов, в Семипалатинской области, Алтайском горном округе. В 1906–1907 гг. командирован на 3-ю Маньчжурскую съёмку астрономом.
В 1907–1908 гг. – штаб-офицер для поручений и астрономических работ Кавказского военно-топографического отдела. Производил определения силы тяжести с помощью прибора Штернека на Кавказе.
В 1908 г. назначен начальником Омского военно-топографического отдела. Организатор и непосредственный исполнитель масштабных геодезических, топографических и картографических работ в крае. В 1912 г. разработал способ определения поправки часов для применения при работе на Севере. Член Русского астрономического и географического обществ, с 1911 г. – председатель Западно-Сибирского отдела Русского географического общества, занимался лекционной просветительской деятельностью.
С августа 1918 г. руководил структурами, входящими в армию адмирала А.В. Колчака: Омским военно-топографическим отделом; военно-топографическим отделом Сибирской армии, Главного штаба. Являлся начальником военных топографов в Сибири.
В ноябре 1919 г., накануне занятия Омска войсками Красной Армии, Н.Д. Павлов в соответствии с приказами белогвардейского командования попытался эвакуировать личный состав и имущество военно-топографического отдела на восток в направлении Иркутска. Вблизи г. Новониколаевска эшелон был захвачен частями 5-й Красной армии и возвращён в Омск. После проверки особым отделом военные топографы под его руководством приступили к плановым работам, подразделение стало именоваться Омской военно-топографической частью (с 22 мая 1920 г. – Западно-Сибирский военно-топографический отдел).
Н.Д. Павлов развил активную деятельность по совершенствованию организационной структуры отдела. 23 декабря 1921 г. были утверждены штаты Сибирского Военно-топографического управления Корпуса военных топографов РККА. В 1923 г. с должности начальника управления он был переведён астрономом, а в январе 1924 г. назначен триангулятором Сибирского Военно-топографического управления.
Уволен со службы 5 марта 1924 г. Работал профессором геодезии Сибирского института сельского хозяйства и лесоводства. Скончался 19 июня 1929 г. в Омске, похоронен на территории института. Генерал-майор (1913).
© Долгов Е.И., Сергеев С.В. Отв. редактор Тужиков М.Е.