Николай Оттович фон Эссен родился 23 декабря 1860 года в Санкт-Петербурге в семье заместителя министра юстиции Российской империи, статс-секретаря, тайного советника, сенатора Отто Вильгельмовича Эссена (1828—1876) и Любови Алексеевны (в девичестве Дружининой). Отец происходил из рода шведских дворян времен императора Петра I, верно служивших России, и получивших титул эстляндских баронов в XVIII веке. Это давало право использовать приставку ?фон? носителям фамилии.
В сентябре 1875 года в возрасте 15 лет будущий флотоводец поступил в Морское училище. Затем окончил Николаевскую морскую академию, Артиллерийский офицерский класс. За годы службы командовал миноносцем № 120, пароходом ?Славянка?, крейсером 2-го ранга ?Новик?, эскадренным броненосцем ?Севастополь?.
Во время обороны Порт-Артура броненосец ?Севастополь? был затоплен в связи со сдачей крепости, команда попала в японский плен. Эссен в плен идти отказался, дал подписку о неучастии в войне, через США вернулся в Россию, где был назначен командиром 20-го флотского экипажа.
В 1905 году был назначен заведующим стратегической частью Главного морского штаба. Через год будущий адмирал возглавил экипаж строившегося в Англии крейсера ?Рюрик?.
В 1906-1908 годах Николай Оттович фон Эссен руководил Отрядом минных крейсеров.
5 апреля 1907 года произведен в чин контр-адмирала с зачислением 27 августа того же года в Свиту Его Императорского Величества.
В 1908-1909 годах возглавил соединённые отряды Балтийского моря на правах начальника Морских сил.
18 апреля 1910 года Николай Оттович произведен в чин вице-адмирала с утверждением в должности начальника Действующего флота Балтийского моря.
В 1911-1914 годах командующий Морскими силами Балтийского моря. Под руководством фон Эссена был разработан план действий Балтийского флота в случае войны. Благодаря этим разработкам, получившим реализацию в начале Первой мировой войны, операции русских военных моряков наносили значительный урон германскому флоту.
14 апреля 1913 года произведен в чин адмирала.
С началом Первой Мировой войны назначен командующим флотом Балтийского моря.
Адмирал Николай Оттович фон Эссен умер в Ревеле от крупозного воспаления лёгких, погребён на Новодевичьем кладбище в Петрограде.
В июле 2011 года на судостроительном заводе ?Янтарь? в Калининграде был заложен сторожевой корабль ?Адмирал Эссен? - второй корабль проекта 11356.
7 ноября 2014 года корабль был спущен на воду, а в июне 2016 года на нём состоялась торжественная церемония подъема Военно-морского флага. Корабль несёт службу на Черноморском флоте.