Николай Александрович Лунин родился 8 (21) августа 1907 в Одесса в семье служащего. Окончил среднюю школу и в 1921 году поступил в школу водников в городе Мариуполе. После её окончания учился в Политехническом техникуме водных путей сообщения в Ростове-на-Дону. В 1930-31 годах служил на срочной службе в РККА. С 1931 году трудился на учебном парусном судне «Вега» на Чёрном море, был вторым помощником, старшим помощником и капитаном судна.
В 1935 году Н.А. Лунин, имевший опыт командования учебным парусником, направляется в ряды Военно-Морского флота. В 1937 году он оканчивает командирские классы Учебного отряда подводного плавания ВМС имени С.М. Кирова. С апреля 1937 по март 1938 года - помощник командира подводной лодки «Щ-314» Балтийского флота, а затем по октябрь 1938 года - командир подводной лодки «Щ-404» Северного флота.
В октябре 1938 года Н.А. Лунин арестован и 2 ноября того же года уволен из кадров ВМФ. 27 ноября 1939 года реабилитирован и восстановлен в кадрах ВМФ с одновременным присвоением воинского звания «капитан-лейтенант».
В апреле 1940 года Н.А. Лунин принимает под своё командование новую подводную лодку «Щ-421» с молодым экипажем (многие из матросов служили по первому году). К концу 1940 года эта лодка, несмотря на «юный» возраст, проходит полный курс боевой подготовки, а за несколько месяцев до начала Великой Отечественной войны отличается на учениях Северного флота.
Только за один боевой поход в ноябре 1941 года подводная лодка «Щ-421» (бригада подводных лодок Северного флота), которой командовал Н.А. Лунин, потопила три транспорта противника. К февралю 1942 года «Щ-421», активно действуя на вражеских коммуникациях, совершила 5 боевых походов и потопила по донесениям командира 7 транспортов противника общим водоизмещением 49 тысяч тонн.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 3 апреля 1942 года за «образцовое выполнение боевых заданий командования на фронте борьбы с немецкими захватчиками и проявленные при этом отвагу и геройство» капитану 3-го ранга Лунину Николаю Александровичу присвоено звание «Героя Советского Союза». Подводная лодка «Щ-421» награждена орденом Красного Знамени.
С 4 марта 1942 года Н.А. Лунин командует крейсерской подводной лодки «К-21» Северного флота. Экипаж подводной лодки произвел ряд минных постановок у берегов противника, высадку диверсионной группы в тыл врага, выходил в Карское море на поиск германского рейдера «Адмирал Шеер». В апреле 1942 года экипаж «К-21» обнаружил и оказал помощь подводной лодке «Щ-402», которая терпела бедствие.
5 июля 1942 года «К-21» под командованием капитана 2-го ранга Н.А. Лунина, прикрывая конвой союзников, атаковала вражеский линкор «Тирпиц», который шел в охранении 12 боевых кораблей.
Всего в качестве командиров подводных лодок Н.А. Лунин совершил 12 боевых походов, провёл в море 181 сутки, выполнил 13 торпедных атак и 2 минные постановки. Им было заявлено о потоплении 17 кораблей противника, из которых подтверждены противной стороной потопление двух транспортов торпедами и одного мотобота - орудийным огнём.
Контр-адмирал И.А. Колышкин писал, что Н.А. Лунин воюет «дерзко, хитро и […] с размахом», «по части тактики […] может многим дать сто очков вперёд, несмотря на свой сравнительно невеликий воинский стаж», «умеет держать экипаж в руках, быть взыскательным и строгим», «восприимчив к опыту, умеет извлекать уроки и из успехов и из неудач».
С ноября 1943 года капитан 1-го ранга Н.А. Лунин командует 1-м дивизионом подводных лодок Северного флота, а в марте 1944 года становится слушателем Военно-морской академии имени К.Е. Ворошилова, которую успешно оканчивает в 1946 году. На штабной работе до октября 1950 года, затем работает в системе госприёмки кораблей ВМФ.
В 1956 года Н.А. Лунин – командир 22-й отдельной бригады подводных лодок Северного флота. С января 1957 года работает в системе НИИ ВМФ. С сентября 1961 года - начальник 228-й лаборатории Министерства обороны СССР.
С апреля 1962 года контр-адмирал Н.А. Лунин - в отставке.
Будучи в отставке, продолжил ходить в дальние плавания. С 1962 года был капитаном-дублером дизель-электрохода «Обь», совершил на нём рейс к берегам Антарктиды. Затем плавал на пароходе «Селенга», на котором ходил в Арктику. Капитан дальнего плавания.
17 ноября 1970 года контр-адмирал, капитан дальнего плавания Николай Александрович Лунин скончался. Похоронен с воинскими почестями на Богословском кладбище в Ленинграде.
Именем Н.А. Лунина назван проспект в Приморском районе Мариуполя, улицы в городах Полярный, Севастополь и Одесса, школа № 66 города Ростова-на-Дону и школа № 48 города Мурманска.
На здании бывшего Азовского морского пароходства, на здании Ростовского мореходного училища имени Г.Я. Седова и на одном из зданий в городе Полярный Мурманской области, установлены памятные доски в честь Н.А. Лунина.
Имя Н.А. Лунина носило учебное судно «Адмирал Лунин» (в 1965-1989 годах приписанное к Ростовскому мореходному училищу им. Г.Я. Седова).