Один из крупнейших представителей отечественного послевоенного авангарда Николай Каретников родился в 1930 году в Москве. Первоначальное музыкальное образование получил в Центральной музыкальной школе при Московской консерватории, где обучался у Виссариона Шебалина и Татьяны Николаевой. В 1953 году с отличием окончил Московскую государственную консерваторию имени П. И. Чайковского (класс Виссариона Шебалина). Неофициально брал уроки у Филиппа Гершковича.

С конца 1950-х годов становится убежденным последователем Новой венской школы, преданность которой сохранил на всю жизнь, выработав собственный стиль. Одним из первых в послевоенной отечественной музыке начал использовать додекафонию, а с середины 1960-х годов – полистилистику и эклектику как осознанный творческий метод. Один из немногих советских композиторов, сочинявших духовную музыку (продолжатель русской православной хоровой традиции).

Известность композитору принесли его ранние сочинения – оратория «Юлиус Фучик» (1953), балеты «Ванина Ванини» (1962) и «Геологи» (1964), поставленные в Большом театре. Последующие произведения, написанные в технике европейского модернизма, подверглись жесткой критике со стороны Союза композиторов и в течение многих лет не исполнялись. Культивируя независимость от ведущих течений музыкальной жизни СССР, композитор исключил из своего портфеля почти все произведения, написанные до 1959 года, и признал началом своего пути Третью симфонию (1959). С середины 1960-х до конца 1980-х годов работал над операми «Тиль Уленшпигель» и «Мистерия апостола Павла». К этому же периоду относятся Четвертая симфония, балет «Крошка Цахес по прозванию Циннобер», Концерт для духовых, Камерная симфония, Струнный квартет и ряд других камерных сочинений.

Академическая музыка Каретникова при жизни автора исполнялась крайне редко. Однако он активно создавал музыку для театральных постановок и кинофильмов (более 40 драматических спектаклей и 70 кино- и телефильмов). Среди наиболее известных работ – картины «Скверный анекдот» (1966), «Бег» (1970) и «Легенда о Тиле» (1976) Александра Алова и Владимира Наумова, «Прощай, шпана замоскворецкая...» Александра Панкратова (1987), спектакли «Десять дней, которые потрясли мир» (1965, Театр на Таганке) Юрия Любимова, «Заговор Фиеско в Генуе» (1977, Малый театр) Леонида Хейфица, телеспектакль «Тевье-молочник» (1985) Сергея Евлахишвили.

В 1993 году композитор удостоен почетного звания «Заслуженный деятель искусств Российской Федерации». Скончался в 1994 году. Опубликовал две книги воспоминаний: «Темы с вариациями» (1990) и «Готовность к бытию» (1992).

В последние годы жизни композитор обращался к инструментальной и духовной музыке, оставив незаконченной Вторую камерную симфонию, оркестровку последней части которой по авторским указаниям завершил дирижер Игорь Блажков.