Родился в 1936 году в Ленинграде в семье научных работников. Окончил Ленинградский горный институт им. Г.В.Плеханова (1957). Работал геологом, начальником партии в Алтайской геолого-съемочной экспедиции (1957-1960).

В новосибирском Институте геологии и геофизики СО АН СССР - младший и старший научный сотрудник (1960-1971), заведующий лабораторией (1972-1980). В Институте тектоники и геофизики Дальневосточного научного центра СО АН СССР в Хабаровске - заведующий лабораторией (1971-1972). Директор Геологического института Бурятского филиала СО АН СССР в Улан-Удэ (1980-1988), председатель Президиума Бурятского научного центра СО АН СССР (1987-1988). Директор Института геологии и геофизики, г. Новосибирск (с 1988), генеральный директор Объединенного института геологии, геофизики и минералогии СО РАН (1990-2005), директор Института геологии и минералогии ОИГГМ СО РАН (1990-2005), директор Института геологии и минералогии СО РАН (с 2006). Доктор геолого-минералогических наук (1970), профессор (1971). Член-корреспондент АН СССР (1984), действительный член АН СССР (1987).

Первый заместитель председателя СО АН СССР - РАН (1990-1997), вице-президент РАН, председатель СО РАН (с 1997). Член Совета по науке и высоким технологиям при Президенте РФ (с 2001). Член межведомственных петрографического и тектонического комитетов РАН, Национального комитета по Международной геосферно-биосферной программе, других научных советов, редколлегий научных журналов. Первый вице-президент, президент Ассоциации академий наук Азии (ААНА) (2000-2004), затем - почетный президент. Иностранный член ряда зарубежных академий наук, почетный доктор ряда зарубежных и российских университетов.

В сложных условиях реформации России Н.Л.Добрецов продолжает традиции, которые закладывались и развивались при М.А.Лаврентьеве, Г.И.Марчуке, В.А.Коптюге. Один из авторов разработанной в СО РАН в 1997 году концепции адаптации и реформирования Отделения, а также мер по ее реализации.

С 1997 года Сибирское отделение РАН укрепляет свой научный потенциал. Активно развиваются интеграционные исследования с участием институтов центральной части РАН, ДВО РАН, УрО РАН, национальных академий наук Беларуси и Украины, а также Китая и Монголии. Реализуются программы обновления приборной базы, капитального ремонта основных фондов, развития телекоммуникационно-информационных сетей, центров супервычислений, поддержки молодых ученых и др.

Под руководством Н.Л.Добрецова ведется активная работа по научному обоснованию социально-экономического развития Сибири. В СО РАН подготовлено и направлено в Правительство РФ более 15 аналитических докладов по важнейшим проблемам развития страны и Сибири, таким как энергетическая стратегия, концепция развития угольной промышленности, развитие транспортной структуры, состояние здоровья населения Сибири и др. Разработана и утверждена Правительством РФ в 2002 году «Стратегия экономического развития Сибири». Н.Л.Добрецов - один из инициаторов создания, организатор и руководитель выполнения в РАН крупных государственных программ «Глобальные изменения природной среды и климата» и «Происхождение и эволюция биосферы».

Н.Л.Добрецов - специалист в области минералогии, геологии, петрологии и тектоники. Основатель научной школы по глубинной геодинамике. Внес выдающийся вклад в создание учения о метаморфических фациях и формациях, в разработку петрологических моделей офиолитовых комплексов земной коры, в фундаментальные исследования глубинной геодинамики и глобальных изменений природной среды и климата.