Роден е на 18 януари 1879 г. в Шумен. Брат е на литературоведа Боян Пенев. От 1896 г. е член на БРСДП. През 1901 г. завършва техническо жп училище в Германия. Никола Пенев е сред учредителите на работническия железничарски синдикат. В периода 1910 – 1923 г. е член на Синдикалния комитет на ОРСС (Общ работнически синдикален съюз). От 1911 до 1923 г. е член на Управителния съвет на Съюза на транспортните работници. Между 1919 и 1923 г. е член на ЦК на БКП. През 1923 г. е арестуван и лежи в затвора до 1925 г. През 1925 г. емигрира в СССР. Там остава до 1933 г. В СССР работи в МОПР като съветник по жп транспорта. През 1936 г. става член на Централната синдикална комисия при ЦК на БКП. От 1938 до 1944 г. работи като машинист в книжната фабрика в село Белово. След 9 септември 1944 г. се включва в изграждането на Профсъюза на железничарите и моряците. В периода 1945 – 1955 г. е член на Изпълнителното бюро на ОРПС (Общ работнически профсъюз).[2]. Умира на 3 декември 1955 г.