Родился 8 января 1996 года в посёлке Новобурейский Амурской области в семье военных. Отец — подполковник, мать — майор медицинской службы. Семья несколько раз переезжала на новое место службы, служили в Еврейской автономной области, затем с 2003 года — в Якутии.
Окончил среднюю школу № 3 Якутска. В школьные годы активно занимался спортом, увлекался тяжёлой атлетикой, подводным плаванием и дайвингом. Был воспитанником военно-спортивного клуба имени Владислава Фелькера.
В 2013 году пошёл по стопам отца и поступил курсантом в Дальневосточное высшее общевойсковое командное училище имени маршала Советского Союза К. К. Рокоссовского.
В 2017 году Николай Сергеевич Соболев после окончания училища распределён командиром миномётного взвода в 20-ю гвардейскую общевойсковую армию Западного военного округа. Служил в 252-м гвардейском мотострелковом полку 3-й мотострелковой дивизии в городе Богучар Воронежской области. Через 9 месяцев начала офицерской службы назначен командиром роты. В 2020 году отправлен на курсы переподготовки на переводчика арабского языка в московский университет.
Летом 2022 года в составе своего подразделения был направлен в зону проведения специальной военной операции России на Украине, участвовал в боевых действиях сначала в должности командира роты, затем командиром штурмового батальона. Награждён боевыми орденами и медалями, досрочно присвоено звание майор.
В 2023 году мотострелкам под командованием Соболева поступила задача – захватить опорные пункты неприятеля и занять господствующую высоту. Российским военным противостояло около 700 человек живой силы противника, который начал вести плотный артиллерийский огонь. На мотострелков также полетели дроны-камикадзе и пущены специально обученные собаки с привязанными минами. Несмотря на яростное сопротивление ВСУ, их опорники и высота были взяты. В течение недели батальону под командованием гвардии майора Соболева пришлось отражать украинские контратаки. Затем, при помощи подоспевшей подмоги, удалось продвинуть линию боевого соприкосновения на 3 километра вглубь и вширь. Потери мотострелков были минимальными.
15 февраля 2024 года Указом Президента Российской Федерации за мужество и героизм, проявленные при исполнении воинского долга, майору Николаю Сергеевичу Соболеву присвоено звание Героя Российской Федерации с вручением знака особого отличия — медали «Золотая Звезда».