Родился 17 января 1924 года в поселке Ладыжин Тростянецкого района Винницкой области. Отец - Петрунь Михаил Ефремович (1902-1976), участник Октябрьской революции и Гражданской войны, инженер. Мать - Петрунь Елена Григорьевна (1902-1982). Супруга - Барченко Лилия Ивановна (1927 г. рожд.), кандидат медицинских наук.

Когда началась Великая Отечественная война, Николай Петрунь еще был учеником 13-й артиллерийской спецшколы города Киева. Вместе со своими товарищами по классу принимал непосредственное участие в обороне города. Вскоре стал курсантом артиллерийского училища, но пройти полный курс обучения ему не удалось: фронт требовал пополнения.

После трехмесячной учебы Николая Петруня направили в действующую армию. В звании сержанта он прибыл в 635-й зенитно-артиллерийский полк РВГК на должность командира отделения разведки.

Николай Петрунь гордился принадлежностью к своему роду войск, не зря же говорят: артиллерия - бог войны. Принимал участие в прорыве и снятии блокады Ленинграда, в освобождении городов Ораниенбаум, Пушкино, Царское Село. Позднее пришлось прорывать линию Маннергейма, освобождать город Выборг, ряд островов в Финском заливе. Потом он участвовал в Висло-Одерской операции. Оттуда новый бросок - теперь уже под Прагу. А кончилась для него война 12 мая 1945 года в районе Карловых Вар после решительной схватки с так называемой Русской освободительной армией.

К мирной жизни Николай Петрунь вернулся в октябре 1945 года. Он стал студентом биологического факультета Киевского государственного университета имени Т.Г. Шевченко. И уже в ходе учебы проявил стремление к научным изысканиям. Это и определило его будущее. В 1949 году он, выпускник университета, становится аспирантом Киевского НИИ гигиены труда и профзаболеваний. В 1952 году он защищает кандидатскую диссертацию и становится руководителем лаборатории биохимии того же института. Спустя 7 лет, в 1959 году, столь же успешно защищает докторскую диссертацию.

Николай Михайлович Петрунь внес существенный вклад в решение вопросов, связанных с выяснением роли дыхания через кожу для организма человека. Он первым в мировой науке установил факт значительного возрастания поступления кислорода через кожу в организм человека при повышенной концентрации его в воздухе и при высокой температуре окружающей среды (с 1,5 процентов в норме до 25 процентов от общего газообмена организма). Им разработана методика насыщения кислородом кожного аутотрансплантата и зоны пересадки кожи при ожогах кожи для ускорения его приживления.

Исследования Н.М. Петруня привели к решительному пересмотру вопроса о гигиенических требованиях к спецодежде для рабочих горячих цехов, а также тех, кто соприкасается с химическими веществами. Еще одно направление деятельности ученого - разработка биохимических и гигиенических требований, связанных с пребыванием человека в замкнутом пространстве (полеты в космическом пространстве и на сверхзвуковых самолетах).

В 1968 году Н.М. Петрунь переходит работать в Институт урологии и нефрологии Академии медицинских наук Украины. Он разрабатывает новые методы энзимодиагностики болезней почек и мочевыводящих путей. С помощью ферментных тестов ему удалось установить оптимально допустимые сроки первичной тепловой ишемии донорской почки, сроки ее консервации до пересадки. Усовершенствовал ученый и состав консервирующего раствора. Именно ему принадлежит разработка способа ранней диагностики отторжения пересаженной почки.

В 1987 году за цикл работ "Разработка теоретических основ медицинской энзимологии и внедрение ее методов в клинику Н. М. Петруню присвоено почетное звание лауреата Государственной премии Украины в области науки. Спустя 5 лет за личный вклад в развитие медицинской науки, внедрение новых методов диагностики и лечения, высокое профессиональное мастерство Указом Президента Украины Николаю Михайловичу присвоено почетное звание Заслуженного деятеля науки и техники Украины.

Под руководством Н.М. Петруня подготовлено 6 докторов и 24 кандидата медицинских наук. Николай Михайлович - автор 10 изобретений, 7 книг, более 300 научных публикаций.

Н.М. Петрунь ведет большую общественную деятельность, теснейшими узами связан с ветеранами Великой Отечественной войны. В течение последних 10 лет Николай Михайлович - заместитель председателя Международного украинского союза участников войны.

Николай Михайлович Петрунь награжден орденами Трудового Красного Знамени, Отечественной войны II степени, "Знак Почета", Богдана Хмельницкого II и III степени, Золотым знаком ПНР "За заслуги перед землей Кракова", серебряным знаком ЧССР "За заслуги в освобождении города Опава", медалями "За отвагу" и многими другими. Он - Отличник здравоохранения СССР.

Основные его увлечения связаны с научной и изобретательской работой в области здравоохранения.

Живет в Киеве.