Tėvas Kazimieras Pakalnis.

Mokėsi Liepojos ir Rygos (Latvija) gimnazijose, baigė Maskvos (Rusija) gimnaziją. 1907–1912 m. studijavo Kauno Žemaičių kunigų seminarijoje.

1912 m. gegužės 27 d. buvo įšventintas kunigu.

1912–1913 m. N. Pakalnis buvo vikaras ir kapelionas Anykščiuose, talkino klebonui Juozapui Vembrei, čia pasireiškė kaip aktyvus lietuvybės propaguotojas. 1912 m. rugsėjį Anykščiuose atidarius berniukų liaudies mokyklą, jis mokė joje Romos katalikų tikybos.

1913–1915 m. jis tarnavo vikaru Utenoje, talkindamas klebonams Antanui Švateliui ir Petrui Turauskui. Utenos rusiškoje keturklasėje mokykloje jis dėstė Romos katalikų tikybą, organizavo pirmąją Utenoje ateitininkų kuopelę ir lietuvybės mylėtojų būrelį. Tarp jo ugdytų mokinių, kuriems kunigas skiepijo tautiškumo dvasią, buvo ir būsimoji rašytoja Bronė Buivydaitė.

Prasidėjus Pirmajam pasauliniam karui, N. Pakalnis atsisakė jam siūlytų Panevėžio Šv. Petro ir Povilo bažnyčios vikaro ir gimnazijos kapeliono pareigų, kunigo Nikodemo Petkaus kvietimu 1915 m. spalį išvyko į JAV, kur lietuviams emigrantams tuo metu labai trūko kunigų.

1915 m. pabaigoje jis trumpai gyveno Niujorke ir dirbo Bruklino (Brooklyn) Švč. Mergelės Marijos Apreiškimo parapijoje vikaru, paskui išvyko į lietuvių bendruomenę Meino valstijoje, apsigyveno Levinstone (Lewiston) ir 1915–1917 m. ten kūrė naują lietuvių katalikų parapiją, dirbdamas airių katalikų parapijoje vikaru. Tačiau N. Pakalnio iniciatyvos plėtoti lietuvybę ten nesulaukė vyskupijos paramos, todėl dvasininkui teko palikti nebaigtus darbus ir išvykti.

1917–1922 m. N. Pakalnis gyveno Čikagoje (Ilinojaus valstija), tarnavo Čikagos Šv. Kryžiaus, Šv. Kazimiero ir Dievo Apvaizdos parapijose vikaru, taip pat tęsė studijas. Loyolos universitete (Čikaga) iki 1921 m. jis studijavo psichologiją ir sociologiją, 1922 m. baigė studijas ir įgijo sociologijos magistro išsilavinimą.

1922 m. vasarą N. Pakalnis buvo trumpam grįžęs į Lietuvą, kur buvo kviečiamas dirbti Utenos "Saulės" gimnazijos direktoriumi. Tačiau šios tarnybos negavęs, paskirtas tik šios gimnazijos kapelionu ir Utenos parapijos vikaru, jis šių pareigų rudenį atsisakė ir išvyko į Angliją, kur 1922–1923 m. Oksfordo (Oxford) universitete studijavo anglų kalbą ir literatūrą, ruošdamasis dirbti dėstytoju Lietuvoje. Negavęs žadėtos stipendijos ir pritrūkęs lėšų tęsti studijoms, jis grįžo į JAV ir tęsė pastoracinę veiklą.

1923 m. atvykęs į JAV, N. Pakalnis vėl apsigyveno Niujorke, Brukline, ir ten liko iki gyvenimo pabaigos. 1923–1926 m. jis tarnavo Švč. Mergelės Marijos Apreiškimo parapijoje vikaru, 1926–1934 m. buvo Bruklino Šv. Jurgio parapijos klebonas.

1934–1968 m. N. Pakalnis buvo Bruklino Švč. Mergelės Marijos Apreiškimo parapijos – didžiausios ir veikliausios Niujorko lietuvių bendruomenės – klebonas, paskui iki gyvenimo pabaigos liko šios parapijos rezidentas.

N. Pakalnis buvo Amerikos Lietuvių Tarybos Niujorko apylinkės skyriaus pirmininkas, Bendrojo Amerikos lietuvių fondo (BALF) pirmasis vicepirmininkas, Kunigų Vienybės centro pirmininkas, rėmė pagalbos tremtiniams akciją. Jis buvo renkamas studentams šelpti "Motinėlės" draugijos valdybos nariu, Katalikų Federacijos ir katalikų studentų bei profesionalų sąjungos dvasios vadu.

Apreiškimo parapijos salėje jis įkūrė Maironio vardo lietuvių mokyklą ir ją globojo. Šioje mokykloje XX a. viduryje lietuviškai buvo mokoma 150–200 vaikų.

N. Pakalnis 1933 m. buvo vienas iš savaitraščio "Amerika" steigėjų, 1933–1951 m. dirbo jo leidėjų valdyboje, kelias kadencijas buvo valdybos pirmininkas, aktyviai bendradarbiavo kaip šio leidinio publikacijų autorius. 1951 m. šiam leidiniui susiliejus su "Darbininku", jis toliau rėmė šio leidinio leidėjus. Jis buvo ir Amerikos lietuvių kultūros mėnraščio "Aidai" bendradarbis ir rėmėjas, savo lėšomis išleido šio žurnalo 1962 gruodžio numerį, taip paminėdamas savo kunigystės 50-metį.

N. Pakalnis parengė ir išleido jubiliejinį leidinį "Sidabrinis jubiliejus, 1914–1939 : Švč. Panelės Apreiškimo lietuvių parapija, Brooklyn, N.Y." (1939 m.).

Už nuopelnus lietuvybei jis buvo apdovanotas Didžiojo Lietuvos kunigaikščio Gedimino ordinu (1937 m.).

Mirė 1973 m. sausio 11 d. Niujorke (JAV).