Родился в аристократической семье. Представители его рода играли видную роль в церковной и политической жизни Византии начиная с XI века. Его мать была сестрой трёх архиереев, из которых наиболее известен Нил Кавасила, архиепископ Фессалоникийский в 1361—1363 годах, автор ряда полемических сочинений против латинян.

В 1335—1340 годах Николай Кавасила обучался в Константинополе. Помимо грамматики, риторики и философии, изучал естественные науки, особый интерес проявлял к астрономии.

Источники свидетельствуют, что уже в 1330-х годах Николай Кавасила находился в тесной связи с исихастским движением. Его духовным руководителем в годы юности являлся ученик преподобного Григория Синаита — будущий Константинопольский Патриарх Исидор Бухир.

Начиная с 1341 года Кавасила активно участвует в политической и религиозной жизни. На протяжении многих лет он был другом и советником императора Иоанна Кантакузина, поддерживал его во время гражданской войны, с трудом спасся от смерти в дни страшной резни фессалоникийской знати зилотами в августе 1345 года.

В 1347 году Кантакузин поручил Кавасиле сопровождать новоизбранного архиепископа Фессалоникийского Григория Паламу на его кафедру. Солуняне не приняли святителя. Он и Кавасила направились на Святую Гору, где пробыли год.

Твердой православной позиции придерживался Кавасила во время и после Влахернского Собора 1351 года, осудившего антипаламитов. О его высоком авторитете у современников свидетельствует следующий факт. В 1353 году оказался вдовствующим патриарший престол Константинополя. Собор в числе трех кандидатов, предложенных императору, назвал и мирянина Кавасилу. Мирянином он, очевидно, оставался до конца жизни, по крайней мере ни один из дошедших до нас источников не говорит о принятии Кавасилой монашеского пострига или священного сана.

О жизни Кавасилы после 1353 года до нас дошли лишь некоторые отрывочные свидетельства. В 1354 году он произносит панегирик при вступлении на императорский престол Матфея Кантакузина, сына Иоанна. В 1363 году он прибыл в Фессалоники на похороны своего дяди Нила, а позже и своего отца. Свидетельством того, что он жил ещё в первой половине 90-х годов, являются поддающиеся точной датировке письма, направленные ему Мануилом II Палеологом, Димитрием Кидонисом и Иосифом Вриеннием. Вероятной датой кончины Кавасилы является 1397 (1398) год.

Выдающийся христианский писатель и богослов святой праведный Николай Кавасила был канонизирован Элладской Православной Церковью 3 июня 1982 года.

Тропарь праведному Николаю Кавасиле, глас 4

Яко наставник Божественный и вещатель премудрый/ веры православныя догматов и добродетелей священнейших/, просиял еси в мире словом и делом/, Николае праведне./ Сего ради Солунская земля твоею славою хвалится// и любовию празднует всечестную память твою.

Кондак праведному Николаю Кавасиле, глас 2

Житие свое разумом Боговдохновенным проводил еси/, просиявый мудростию и благодатию,/ и, словес силою прославивыйся,/ благочестия учитель явился еси.// Сего ради поем тя, Николае.