Николай Евтимов Младенов е избран за министър на външните работи от 41-ото Народно събрание на 27 януари 2010 г. От 27 юли 2009 г. до тази дата той е министър на отбраната.

В периода 2007 – 2009 г. Николай Младенов е член на Европейския парламент. Участва в Комисията по външна политика и подкомисията й по сигурност и отбрана и в Комисията по вътрешен пазар и защита на потребителите. Председател е на Делегацията за връзки с Ирак и член на делегациите за отношения с Израел и Афганистан.

От 2005 г. е консултант на Световната банка, Националния демократически институт, Международния републикански институт, както и други международни организации в Югоизточна Европа и Близкия Изток, включително Египет, Ирак, Афганистан, Йемен и Мароко.

От 2001 до 2005 г. Николай Младенов е народен представител в 39-ото Народно събрание, където е заместник-председател на Комисията по европейска интеграция и член на Комисията по сигурност и отбрана. В този период е и представител в Европейския конвент за изработването на европейската конституция.

На 12 март 2002 е избран за член на Националния изпълнителен съвет (НИС) на Съюза на демократичните сили. По-късно е назначен за говорител на партията.

От 22 февруари 2004 е на поста заместник-председател на СДС, който напуска с оставката си от 16 август 2005 г.

Работил е за фондация „Отворено общество” в България и Югоизточна Европа, бил е наблюдател на изборния процес в Албания, Босна и Херцеговина, Украйна и Пакистан. През 2008 г. е оглавявал мисията наблюдатели на Европейския съюз за изборите в Гана.

Николай Младенов има магистърска степен по военни науки от Кралския колеж в Лондон и магистърска степен по международни отношения от Университета за национално и световно стопанство в София.

Говори английски, френски и руски език. Изпълнява министерските функции до  12 март 2013 г.