Ghiaurov wurde am 13. September 1929 als Sohn eines Mesners in Velingrad geboren. Bereits im Kindesalter sang er im Kirchenchor. Nach seiner Gesangsausbildung am Konservatorium von Sofia ging er an das Tschaikowsky-Konservatorium in Moskau (1950-1955). Sein Debüt gab er in der Rolle des Don Basilio in Gioacchino Rossinis Barbier von Sevilla 1955 in Sofia. Der Gewinn des internationalen Wettbewerbs in Paris 1955 beschleunigte seine Karriere. 1957 sang er an der Wiener Staatsoper, im selben Jahr auch am Bolschoi-Theater in Moskau. Sein erster Auftritt an der Mailänder Scala fand 1959 statt; hierher kehrte er im Lauf der nächsten Jahre immer wieder zurück. Von 1961 bis 1964 sang er bei den Festspielen in Verona.
Bei den Salzburger Festspielen trat Ghiaurov erstmals in der Saison 1965 unter Herbert von Karajan in Boris Godunov von Modest Mussorgskij auf. Ebenfalls ab 1965 war Nicolai Ghiaurov regelmäßig an der Metropolitan Opera in New York zu hören. Ab 1974 trat er zudem an der Pariser Oper auf. Zu den wichtigsten Rollen seines breiten Repertoires gehören u. a. der Creonte in Luigi Cherubinis Medea, Banquo in Giuseppe Verdis Macbeth, Gremin in Pjotr Tschaikowskys Eugen Onegin, Chowanskij in Modest Mussorgskijs Chowanschtschina und der Marcel in Giacomo Meyerbeers Les Huguenots. 1985 erhielt Ghiaurov die österreichische Staatsbürgerschaft. Wegen seiner großen stimmlichen Möglichkeiten wurde er als „König der Bässe” gefeiert. Ghiaurov starb am 2. Juni 2004 in Modena (Italien).