A fost al treilea dintre cei cinci copii ai Mariei și ai preotului Mihai Filimon. Primele studii le-a urmat la Școala catihetică de la Biserica Enei, având profesori de seamă precum Scarlat Bărcănescu și Eftimie Răsăceanu. În 1829 a devenit cântăreț bisericesc, iar mai târziu a fost hirotonit.
Înainte de afirmarea sa literară, Filimon s-a remarcat ca publicist, scriind cronici muzicale și teatrale în ziarul „Naționalul”, începând cu 1857. Primul său articol s-a intitulat „Teatrul italian. Paralelism între fosta direcțiune și cele de astăzi”.
Influențat de literatura populară, a publicat și basme precum „Roman Năzdrăvan”, „Omul de flori cu barbă de mătase” sau „Povestea lui Făt-Frumos și Omul de piatră”. A colaborat cu numeroase reviste ale vremii, printre care „Revista Carpaților”, „Independența”, „Tribuna română”, „Dâmbovița” și „Buciumul”.
Debutul editorial a avut loc în 1860, cu volumul „Excursiuni în Germania Meridională. Memorii artistice, istorice, critice”. În 1861 a publicat nuvelele „Mateo Cipriani”, „Bergam” și „Slujnicarii”. Opera sa fundamentală rămâne însă romanul „Ciocoii vechi și noi”, apărut mai întâi în foileton (1862–1863) și publicat în volum în 1863. Acesta oferă o amplă frescă a societății românești de la începutul secolului al XIX-lea.
Filimon a folosit mai multe pseudonime, printre care N. Philemon și N.M. Philimon. De asemenea, este considerat primul critic muzical român și autor al unor jurnale de călătorie în Europa.
A scris romane, nuvele și basme, dintre care se remarcă:
-
Roman: „Ciocoii vechi și noi”
-
Nuvele: „Mateo Cipriani”, „Friedrich Staaps”, „O baroneasă de poronceală”, „Ascanio și Eleonora”, „Nenorocirile unui slujnicar”
-
Basme: „Roman Năzdrăvan”, „Omul de piatră”, „Omul de flori cu barba de mătase”
Romanul „Ciocoiii vechi și noi” este considerat primul roman realist românesc, cu elemente romantice, și reprezintă o adevărată monografie a Țării Românești din prima jumătate a secolului al XIX-lea. Personajul central, Dinu Păturică, este unul dintre cele mai memorabile din literatura română, simbol al parvenitismului și al dorinței de îmbogățire rapidă.
Nicolae Filimon a murit la doar 46 de ani, răpus de tuberculoză, lăsând în urmă o operă valoroasă pentru literatura română.