Николай Илларионович родился 8 июля 1956 года в селе Дурой Приаргунского района Читинской области. Высшее образование получил в Бурятском сельскохозяйственном институте. Окончил Российскую академию государственной службы при Президенте РФ. Имел ученую степень доктора экономических наук.

В 1978-1989 годах работал агрономом, главным экономистом, главным агрономом колхоза имени Кирова, директором совхоза «Митрофановский» Шилкинского района, вторым секретарём Шилкинского райкома КПСС. В 1989-1993 году работал директором опытно-производственного хозяйства «Ононское» ЗабНИИ сельского хозяйства Шилкинского района.

С 1993 по 1995 годы - первый заместитель начальника Департамента сельского хозяйства Читинской области. В 1995-1997 годах заместитель главы администрации Читинской области, начальник Департамента сельского хозяйства. В 1997-2000 годах первый заместитель главы Администрации Читинской области, председатель Комитета сельского хозяйства и продовольствия. С 2000 года - заместитель главы Администрации Читинской области, председатель Комитета сельского хозяйства и продовольствия.

С 2008 года работал руководителем Управления Федеральной службы по ветеринарному и фитосанитарному надзору по Забайкальскому краю. С июня 2009 года - руководитель Управления Федеральной службы по ветеринарному и фитосанитарному надзору по Забайкальскому краю и Амурской области.

В 2013 году назначен главным федеральным инспектором по Забайкальскому краю. Позже работал советником гендиректора ППГХО.

Прощание с Николаем Илларионовичем Гантимуровым состоится 13 августа с 12:00 до 14:00 в Чите в Колонном зале Дома офицеров Российской армии по адресу: улица Ленина, 88.