Николай Александрович Бернштейн родился в Москве 5 октября 1896 г. Его отец был известным российским психиатром, дед Натан Осипович — врачом, физиологом и общественным деятелем. В ю-ношеском возрасте проявились незаурядные способности будущего ученого: музыкальные, лингвистические, литературные, математические, инженерно-конструкторские и др. Он с легкостью изучал иностранные языки, играл на фортепиано

Образование Н.А. Бернштейн получил в Московском университете. Сначала он поступил на историко-философский факультет, намереваясь посвятить себя филологии, но с началом Первой мировой войны перевелся на медицинский. Он попал в ускоренный выпуск: на войне нужны были врачи, и студентов, проучившихся четыре года, отправляли на фронт. Однако окончание университета пришлось на 1919 г., когда уже шла гражданская война. Н.А. Бернштейн был мобилизован в Красную армию в качестве военврача.

После демобилизации в 1920 г. он некоторое время проработал психиатром в клинике В А. Гиляровского, но вскоре перешел в Центральный институт труда, где возглавил лабораторию биомеханики. Основной задачей, которую решала эта лаборатория, было изучение трудовых движений человека в естественных условиях с целью облегчения труда и повышения его эффективности До сих пор проблема регуляции движения человека решалась только одним способом: выключением лишних степеней свободы.