Происходил из беспоместных дворян Орловской губернии; был третьим сыном Ивана Ивановича Бахтина, воспитывался в харьковской Слободско-Украинской гимназии, по окончании которой в 1812 году поступил на службу канцеляристом в харьковское губернское правление. С переездом отца в 1815 году в Петербург, определился в экспедицию для ревизии счетов, где отец его состоял управляющим; через год перешел в канцелярию статс-секретаря по принятию прошений на Высочайшее имя приносимых и оставался там до 1823 года. В 1822 году он получил диплом Санкт-Петербургского университета.
Был одним из сильнейших шахматистов Петербурга. (Линдер И. М. У истоков шахматной культуры. - С. 63). Д. Н. Свербеев указывал, что отвечая на его вопрос Бахтин ответил: «Видишь ли, мой любезнейший, двадцатилетним юношей я старательно изучал шахматную игру и добивался сделаться её знатоком, а когда убедился на опыте, что часто люди весьма посредственных способностей по долгом в этой игре упражнении делаются её знаменитостями, то бросил бы совсем шахматную доску. Игра сама по себе скучна, а превосходство в ней моего самолюбия не удовлетворяет».
Был в близких дружеских отношениях с П. А. Катениным, участвовал в кружке нескольких молодых литераторов, известном под именем катенинского. Однако, на литературное поприще он не вступил, хотя и напечатал предисловие, к изданным в 1832 году под его редакцией, сочинениям Катенина. Кроме того в период времени с 1821-1828 гг. он поместил ряд критических статей по истории русской литературы под псевдонимом «М. И.» в журналах «Сын Отечества», «Вестник Европы» и «Атеней».
В 1823 году Н. И. Бахтин поступил в капитул орденов; это назначение позволило ему быть за границей в качестве секретаря при канцлере орденов Алексее Борисовиче Куракине. В 1825 году поступил в провиантский департамент военного министерства.
С 1827 года состоял при главном начальнике морского штаба, генерал-адъютанте князе Меншикове и участвовал с ним в 1828 году в морской экспедиции к Анапе. В 1831 году Бахтин был назначен правителем дел комитета для образования флота и заведующим делами по части финляндского генерал-губернаторства при князе Меншикове; в 1833 году редактировал «Свод морских постановлений». В 1834 году он был назначен управляющим делами комитета министров и в чине действительного статского советника удостоился звания статс-секретаря его императорского величества.
В 1843 году, получив чин тайного советника, он был назначен государственным секретарем. В 1853 году был назначен членом Государственного совета по департаменту государственной экономии. Бахтин много трудился при рассмотрении проекта нового устава гражданского судопроизводства и был убеждённым защитником судебной реформы; затем в качестве члена главного комитета об устройстве сельского состояния, куда он был назначен 19 февраля 1861 года, Николай Иванович Бахтин со свойственной ему энергией поддерживал полное и обеспеченное землей освобождение крестьян. Как председатель комиссии для составления рекрутского устава, он указал необходимость радикального изменения старой системы; работал он также в комиссии по уничтожению откупов .
Скончался Николай Иванович Бахтин, состоя неслужебным членом Государственного совета, в чине действительного тайного советника и кавалером ордена Святого Владимира 1-й степени.
Женат Николай Иванович Бахтин не был и детей не имел. Материально поддерживал многодетную семью двоюродной сестры Елизаветы Андреевны, бывшей замужем за действительным статским советником Михаилом Петровичем Шуриновым (1827-1889).