Tėvai: Bronius Petrokas (1924–2019) – tremtinys, melioracijos meistras, ir Emilija Šukytė-Petrokienė (1927–1995) – kultūros organizatorė, dainininkė. Brolis Bronius Petrokas (g. 1953 m.) – muzikos pedagogas, kompozitorius, sesuo Dijana Petrokaitė (g. 1962 m.) – kultūros organizatorė, vadovė. Dėdė (motinos brolis) Gediminas Šukys (1923–2002) – kunigas ir kompozitorius.

1967–1978 m. mokėsi Anykščių 2-ojoje vidurinėje mokykloje (dabar – Anykščių Antano Vienuolio progimnazija). Tuo pačiu metu baigė ir septynmetę Anykščių vaikų muzikos mokyklą, kur mokėsi fortepijono klasėje, taip pat dainavo, tapo Lietuvos televizijos konkurso "Dainų dainelė" laureatu. 1978–1983 m. studijavo Lietuvos konservatorijoje (dabar – Muzikos ir teatro akademija) solinį dainavimą pas Joną Stasiūną ir Zenoną Paulauską, įgijo operos ir koncertų dainininko bei dainavimo dėstytojo išsilavinimą. 1983–1985 m. jis tęsė stažuotės studijas šios konservatorijos asistentūroje. 1985–1990 m. toliau studijavo Leningrado (dabar – Sankt Peterburgas, Rusija) Nikolajaus Rimskio-Korsakovo konservatorijoje, įgijo muzikinio teatro režisieriaus magistro išsilavinimą.

Nuo 1989 m. iki šiol N. Petrokas dirba Lietuvos muzikos ir teatro akademijoje. 1989–2003 m. jis buvo Operos katedros dėstytojas, 2004–2008 m. ėjo šios katedros docento pareigas. 1991–2014 m. jis buvo Operos katedros vedėjas, 2009–2014 m. – docentas. Nuo 2014 m. iki šiol N. Petrokas yra Dainavimo katedros docentas, operos studijos dėstytojas-režisierius.

2003–2010 m. jis buvo ir Lietuvos muzikos ir teatro akademijos Kauno fakulteto Dainavimo katedros docentas, buvo operos studijos dėstytojas-režisierius. Pertvarkius Kauno aukštąsias mokyklas, nuo 2011 m. jis dirba Vytauto Didžiojo universiteto Muzikos akademijoje Dainavimo katedros docentu, yra operos studijos dėstytojas-režisierius, bakalauro ir magistro studijų studentams dėsto operos studiją, bakalauro studijų studentams – ir pedagoginę praktiką.

1989–1991 m. jis buvo Nacionalinio operos ir baleto teatro režisierius.

Jis buvo Tarptautinio jaunųjų atlikėjų televizijos konkurso "Baltijos jūros žvaigždės" vertinimo komisijos narys (Sankt Peterburgas, Rusija, 1992 m.). Konkurso dalyviams N. Petrokas vedė dvi aktorinio meistriškumo pamokas. Jis buvo Tarptautinio projekto "International Opera Masterclasses for Graduate and Postgraduate Students" režisierius pedagogas (1998 m.).

Lietuvos muzikos ir teatro akademijos operos studijoje, dalyvaujant Dainavimo katedros studentams, jis pastatė daugiau kaip 40 spektaklių. Nacionaliniame operos ir baleto teatre, Kauno muzikiniame teatre, Klaipėdos muzikiniame teatre, Panevėžio muzikiniame teatre ir kitur N. Petrokas režisavo per 25 operas ir muzikinius spektaklius.

Svarbiausi N. Petroko pastatymai scenose:

1990 m. – W. A. Mozarto operetė "Visos jos tokios" (diplominis darbas Kauno muzikiniame teatre).

1991 m. – G. Verdi opera "Rigoletas" (Kauno muzikinis teatras), G. Rossini opera "Sevilijos kirpėjas" (Nacionalinis operos ir baleto teatras).

1992 m. – G. Verdi opera "Traviata" (Nacionalinis operos ir baleto teatras)

1993 m. – G. Donizetti komiška opera "Meilės eliksyras" (Kauno muzikinis teatras, buvo nominuotas Šv. Kristoforo statulėlei kaip geriausias metų muzikinis spektaklis).

1994 m. – J. Haydno opera "Negyvenama sala" (Vilniaus rusų dramos teatras, Haydno-Schuberto muzikos festivalis).

1995 m. – L. Bernstaino miuziklas "Vest Saido istorija" (Kauno muzikinis teatras).

1997 m. – G. Kuprevičiaus opera "Prūsai" (Klaipėdos muzikinis teatras, pirmas atlikimas, premjera – 2002 m.).

1998 m. – R. Rodgerso miuziklas "Muzikos garsai" (Kauno muzikinis teatras).

1999 m. – O. Nicolai komiška opera "Vindzoro šmaikštuolės" (Klaipėdos muzikinis teatras).

2001 m. – I. Dunajevskio operetė "Laisvasis vėjas" (Klaipėdos muzikinis teatras), G. Donizetti opera "Rita" (Vilniaus Šv. Kristupo vasaros festivalio programa).

2002 m. – I. Kalmano operetė "Grafaitė Marica" (Klaipėdos muzikinis teatras), M. Vaitkevičiaus opera pasaka "Pupa ir seneliai" (Vilniaus vaikų muzikos mokyklos "Lyra" projektas Vilniaus rusų dramos teatre).

2004 m. – M. Vaitkevičiaus opera pasaka "Voro vestuvės" (Vilniaus vaikų muzikos mokyklos "Lyra" projektas Vilniaus rusų dramos teatre).

2005 m. – G. B. Pergolesio komiška opera "Tarnaitė – ponia" (Lietuvos filharmonija), L. V. Lopo miuziklas "Žiogo pievelės pasaka arba Tikri draugai" (Vilniaus vaikų muzikos mokyklos "Lyra" projektas Vilniaus rusų dramos teatre), P. Abrahamo operetė "Balius Savojoje" (Panevėžio muzikinis teatras).

2007 m. – M. Novako miuziklas "Mafiozas operoje" (Panevėžio muzikinis teatras), J. Juzeliūno opera "Žaidimas" (Vilniaus Kongresų rūmai), Ch. W. Glucko opera "Girtuoklio išblaivinimas" (Tytuvėnų muzikos festivalis).

2008 m. – I. Kalmano operetė "Grafaitė Marica" (Panevėžio muzikinis teatras), D. Ricci roko opera "Prisikėlęs" (premjera Kauno Paminklinė Kristaus prisikėlimo bažnyčioje, vėliau rodytas Vilniuje, Šiauliuose, Klaipėdoje ir Panevėžyje).

2009 m. – spektaklis "Aistrų šėlsmas" pagal Georgo Gershwino muziką (Klaipėdos muzikinis teatras), D. Ricci miuziklas "Lauktasis" (Kauno sporto halė).

2010 m. – J. S. Bacho komiška opera-miniatiūra "Kavos kantata" ir G. B. Pergolesio komiška opera "Tarnaitė – ponia" (Panevėžio muzikinis teatras).

2011 m. – Dž. Verdi opera "Traviata" (Panevėžio muzikinis teatras), W. Waltono opera "Meška" (Lietuvos rusų dramos teatras ir Lietuvos muzikos ir teatro akademija).

2012 m. – Roberto Stolzo dviejų veiksmų operetė "Svajonių sala" (Panevėžio muzikinis teatras), Algimanto Bražinsko miuziklas "Žemės paukščiai" (libreto autorius Antanas Drilinga, Valstybinis dainų ir šokių ansamblis "Lietuva").

2013 m. – Ch. W. Glucko vieno veiksmo komiška opera "Girtuoklio išblaivinimas" (Panevėžio muzikinis teatras ir Vytauto Didžiojo universiteto Muzikos akademija).

2014 m. – Giedriaus Kuprevičiaus miuziklas "Devynbėdžiai" (libreto autorius Kazys Saja, Valstybinis dainų ir šokių ansamblis "Lietuva", rodomas įvairiuose šalies miestuose), D. Cimarosa opera "Kapelmeisteris" ir G. Donizetti opera "Rita" (Panevėžio muzikinis teatras), A. Oliva ir A. Aliscioni miuziklas "Don Bosco" (pirmasis atlikimas Lietuvoje, Šiaulių arena).

2015 m. – F. Loewe miuziklas "Mano puikioji ledi" (Panevėžio muzikinis teatras), R. Rodgerso miuziklas "Muzikos garsai" (Akmenės gamtos ir kultūros parkas).

2016 m. – Juliaus Juzeliūno opera "Žaidimas" (Lietuvos valstybinio simfoninio orkestro projektas, Vilniaus Kongresų rūmai), muzikinis spektaklis pagal Keturakį "Ar Amerika pirtyje?!" (scenarijus N. Petroko, Kauno muzikos ansamblio "Ainiai" meno projektas, rodomas įvairiuose šalies miestuose).

2017 m. – muzikinė drama pagal Vytauto Klovos operą "Pilėnai" "Legenda apie Pilėnus" (libreto autorius Jonas Mackonis, Valstybinis dainų ir šokių ansamblis "Lietuva").

2018 m. – roko opera partizanų atminimui "Priesaika" (scenarijus Gedimino Jankaus ir N. Petroko, VšĮ "Liudo Mikalausko koncertai" muzikinis projektas), R. Rodgerso miuziklas "Muzikos garsai" (Panevėžio muzikinis teatras).

2020 m. – Algimanto Bražinsko miuziklas "Šnekučiai" (Panevėžio muzikinis teatras).

N. Petrokas parengė ir režisavo per 15 proginių renginių, koncertų, tarp kurių: Lietuvos laisvės gynėjų dienos renginiai Vilniuje (pirmosios Sausio 13-osios metinės, 1992 m.), Pirmosios lietuviškos knygos 450 metų valstybinis minėjimas-koncertas (1997 m.). Jis taip pat režisavo dvi Dainų ir šokių ansamblio "Lietuva" programas: "Ein saulelė apie dangų" (1991 m.) ir "Iš protėvių šaltinio" (2000 m.).

Jis parengė pirmą kartą Lietuvoje atliktos Ch. W. Glucko operos "Girtuoklio išblaivinimas" libreto poetinį-literatūrinį vertimą (2007 m.). Jis yra O. Nicolai komiškos operos "Vindzoro šmaikštuolės" libreto meninio vertimo autorius (2016 m.) ir F. Leharo operetės "Linksmoji našlė" libreto meninio vertimo bendraautoris (2016 m.)

N. Petrokas buvo Anykščių Antano Vienuolio gimnazijos Garbės galerijos narys (2006–2013 m.).

Laisvalaikį skiria muzikavimui (groja pianinu, akordeonu, gitara), filmavimui ir filmų meniniam montavimui, skaitymui, kinui, teatrui, koncertams, autonominei gimnastikai, mėgsta klausytis įvairių žanrų muzikos ar grožėtis gamta.

Vedęs. Augina du sūnus.