Русский учёный в области механики, основоположник современной гидроаэродинамики. Окончил физико-математический факультет Московского университета (1868). С 1870 преподаватель физики 2-й Московской женской гимназии, с 1872 преподаватель математики, с 1874 доцент кафедры аналитической механики Императорского технического училища (ИТУ, с 1917 - МВТУ). В 1876 защитил магистерскую диссертацию «Кинематика жидкого тела». За исследование «О прочности движения» Жуковскому была присуждена степень доктора прикладной математики (1882). С 1885 преподавал теоретическую механику в Московском университете.

В МВТУ и Московском университете Жуковский работал до конца жизни. В 1894 Жуковский был избран член-корреспондентом Петербургской АН; в 1900 выдвинут кандидатом в действительные члены Петербургской АН, но снял свою кандидатуру, не желая оставлять преподавание в Московском университете и ИТУ, т. к. избрание означало бы переезд в Петербург. В 1905 избран президентом Московского м атематического общества. Под руководством Жуковского при механическом кабинете Московского университета в 1902 была сооружена одна из первых в Европе аэродинамическая труб, а в 1904 в посёлке Кучино под Москвой создан первый в мире аэродинамический институт. В том же году Жуковский организовал воздухоплавательную секцию в Обществе любителей естествознания, антропологии и этнографии. В 1910 при непосредственном участии Жуковского в ИТУ была открыта аэродинамическая лаборатория. В 1910–12 Жуковский прочитал в ИТУ курс лекций «Теоретические основы воздухоплавания», в котором были систематизированы теоретические работы самого Жуковского, его ученика С. А. Чаплыгина, а также экспериментальные исследования аэродинамических лабораторий Московского университета, ИТУ и зарубежных лабораторий. С 1913 преподавал на курсах офицеров-летчиков при ИТУ, там же было создано Авиационное расчётно-испытательное бюро, в котором под руководством Жуковского разрабатывались методы аэродинамического и прочностного расчёта самолётных конструкций.

Во время 1–й мировой войны Жуковский разрабатывал теорию бомбометания, занимался вопросами баллистики артиллерийских снарядов, читал курсы по баллистике, воздухоплаванию, специальным вопросам гидромеханики и работал над различными проблемами теоретической механики. После Октябрьской революции 1917 Жуковский и коллектив учёных, руководимый им, включились в дело создания советской авиации. В декабре 1918 г. Советским правительством по предложению Жуковского был учрежден Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ), руководителем которого он был назначен. Основанные Жуковским теоретические курсы для лётчиков были реорганизованы в Московский авиационный техникум, на базе которого в 1920 создан Институт инженеров Красного Воздушного флота(ныне ВВИА). Жуковский заложил основы единой научной дисциплины - экспериментальной и теоретической аэродинамики, оказавшей впоследствии огромное влияние на развитие авиации.

Первые исследования Жуковского по теории полёта относятся к 1890. Работа «О парении птиц» (1891), в которой исследуется механизм парения с набором высоты и впервые рассматриваются возможные эволюции при парении, в т. ч.»мёртвая петля», и статья «О наивыгоднейшем угле наклона аэропланов» (1897) послужили основанием для создания методов аэродинамического расчёта самолёта. В статьях «К теории летания» (1890), «О крылатых пропеллерах» (1898), «О полезном грузе, поднимаемом геликоптером» (1904) рассматриваются вопросы тяги винта. В работах «О падении в воздухе лёгких продолговатых тел, вращающихся около своей продольной оси» (1906) и «О присоединённых вихрях»(1906) Жуковский изложил открытый им в 1904 принцип образования подъёмной силы крыла аэроплана и сформулировал теорему, позволяющую определять её значение. Теорема Жуковского устанавливающая связь подъёмной силы с циркуляцией скорости, является основой прикладной аэродинамики. В цикле работ Жуковского 1910–12 «О контурах поддерживающих поверхностей аэропланов» (1910), «Геометрические исследования о течении Кутта» (1911–12) и др. и в ряде работ Чаплыгина предложен способ определения циркуляции, основанный на условии плавного схода потока с острой кромки профиля. Эти исследования завершили создание теории профиля крыла. В этих работах также развит математический аппарат для решения задач обтекания крыла, дан метод построения теоретических «профилей Жуковского».

В 1912–18 Жуковский опубликовал 4 статьи под общим названием «Вихревая теория гребного винта», в которых, опираясь на разработанную им теорию крыла, установил законы распределения скоростей у лопасти винта, послужившие теоретической основой для проектирования воздушных винтов. В работах «Динамика аэропланов в элементарном изложении» (1913–16), «Аэродинамический расчет аэропланов» (1917), «Исследование устойчивости конструкций аэропланов» (1918), «К задаче о прочности аэропланов» (1918), «Элементарная теория устойчивости аэропланов» (1920) Жуковский создаёт основы аэродинамического расчёта самолётов, расчёта динамичности, продольной устойчивости и прочности самолётов. Жуковский - автор многочисленных оригинальных исследований в области механики твёрдого тела, астрономии, математики, гидродинамики и гидравлики, прикладной механики, теории регулирования машин и др. Для его работ характерно сочетание глубоких теоретических изысканий с инженерным подходом к решению технических задач. Он был также автором классических учебников по теоретической механике для университетов и технических вузов. В ознаменование пятидесятилетия научной деятельности Жуковского и больших заслуг его как «отца русской авиации» в 1920 правительством был издан декрет об учреждении премии им. проф. Н. Е. Жуковского «За наилучшие труды по математике и механике», об издании трудов Жуковского , а также о ряде льгот для самого учёного.

В связи со 100-летием со дня рождения Жуковского в январе 1947 СМ СССР учредил 2 ежегодные премии им. профессора Н. Е. Жуковского с вручением золотой и серебряной медалей, а также стипендии им. Н. Е. Жуковского для студентов старших курсов МГУ, МАИ, МВТУ. Именем Жуковского названы город в Московской области, Центральный аэрогидродинамический институт, Харьковский авиационный институт, Военно-воздушная инженерная академия. В г.г. Москва, Жуковский и Железнодорожный сооружены памятники учёному, создан научно-мемориальный музей Жуковского в Москве.