Essen valmistui kadettikoulusta vuonna 1880, jonka jälkeen hän palveli muun muassa Venäjän Tyynenmeren laivastossa 1892–1896 sekä Mustanmeren laivastossa 1897–1902. Vuosina 1904–1905 Essen osallistui Venäjän–Japanin sotaan, ollen mukana muun muassa Keltaisenmeren taistelussa elokuussa 1904. Amiraaliksi Essen ylennettiin vuonna 1908 ja samalla hänestä tehtiin Itämeren laivaston komentaja. Nikolai von Essen kuoli keuhkokuumeeseen Tallinnassa toukokuussa 1915.