Народився 06.12.1913 у с. Ольхове (тепер Вологод. обл., Росія). Закінчив Архангельський мед. ін-т (1939) та Заочний індустріальний ін-т (1940). Учасник Другої світової війни. У 1955—70 — завідувач кафедри грудної хірургії Інституту вдосконалення лікарів (Київ), 1960 —88 також завідувач відділу, з 1988 — радник при дирекції Інституту кібернетики НАН України, також з 1978 — заступник директора Інституту туберкульозу і грудної хірургії, 1983 —88 — директор, з 1988 — почесний директор Інституту серцево-судинної хірургії. Був нагороджений орденами і медалями СРСР. Помер 12.12.2002. Його ім’я присвоєно Нац. інституту серцево-судинної хірургії НАМН України. Президією НАН України засновано премію імені М.М.Амосова.
Наукова діяльність стосується хірургічного лікування захворювань легень, серця, моделювання мислення і психічних функцій мозку. Одним з перших у СРСР запровадив у практику метод штучного кровообігу, в 1963 перший виконав протезування мітрального клапану, 1965 створив і вперше в світі застосував антитромботичні протези серцевих клапанів, розробив низку нових методів хірургічного лікування вад серця, моделі апаратів штучного кровообігу. Автор низки худ. творів науково-філософського спрямування. Засновник наукової школи.