Политическата кариера на Николай Младенов започва от СДС в началото на века като говорител на партията. По това време председател на Съюза на демократичните сили е Надежда Михайлова (по настоящем Нейнски), а Младенов само на 30 години. По-късно той се издига до зам.-председател на СДС. Бил е и депутат от ОДС в 39-ото Народно събрание.
БГНЕС
В периода между 2007 – 2009 г. Младенов е депутат в Европейския парламент от групата на ЕНП-ЕД-ГЕРБ.
След завръщането си в България Николай Младенов поема последователно два министерски поста - на министър на отбраната в първото правителство на Бойко Борисов (юли 2009 – януари 2010), а след това – министър на външните работи. Докато е на този пост се жени, а кум на сватбата му е премиерът Борисов. Остава в правителството до края на мандата на кабинета през март 2013 г.
БГНЕС
В същата година става специален представител на генералния секретар на ООН Бан Ки-мун за Ирак и за ръководител на мисията на ООН там. През февруари 2015 г. е назначен за специален координатор за Близкоизточния мирен процес от генералния секретар на ООН Бан Ки-мун. Там му бе приписана обединителна роля в конфликта в Газа между Израел и Палестинската автономия.
В началото на 2021 Николай Младенов се завръща в България, след като отказва предложен му от генералния секретар на ООН пост в Либия. Тогава бе обявено, че се прибира в страната, „за да се бори със сериозен здравословен проблем“.
БГНЕС
По същото време в страната тръгват и слухове, че е възможно да стане премиер и да поеме поста на тогавашния министър-председател Бойко Борисов по време на политическото напрежение около протестите в страната.
Преди да влезе в политиката бъдещият политик е директор на фондация „Отворено общество", програмен координатор в Социалния отдел за България на Световната банка. През 1999 г. основава Европейския институт в София и е негов директор до 2001 г.
Бащата на Николай Младенов Евтим Младенов е бил щатен служител на Първо главно управление на Държавна сигурност, като ползва дипломатически статут за прикритие. Учи в държавите, в които работи баща ми - Сирия и Холандия. Чичо му Младен Младенов е посланик в редица държави преди 1989 г.
