Российский общественный и политический деятель, предприниматель, участник Гражданской войны. Председатель Совета съездов горнопромышленников юга России в 1906—17 гг.
Закончил 1-й Московский кадетский корпус, Санкт-Петербургский горный институт (1889). Как вольный слушатель — физико-математический и юридический факультеты Санкт-Петербургского университета. Ученик Д. И. Менделеева.
В звании горного инженера работал на Путиловском заводе (С.-Петербург, 1889—91), строительстве Рязанско-Казанской железной дороги (1891—93); основывает механическую мастерскую (Харьков), участвует в строительстве Балашовско-Харьковской железной дороги. К 1914 г. предприятие включало два машиностроительных завода (Харьков), специализировавшихся на производстве оборудования для горнодобывающей и металлургической промышленности. Н. Ф. фон Дитмар входил в правление Новосильцевского каменноугольного товарищества, Донецко-Грушевского товарищества каменноугольных и антрацитовых копей, занимал пост главы совета Петроградского торгового банка.
Занимал административные и выборные должности в аппарате Совета съездов горнопромышленников юга России (руководитель Статистического бюро, секретарь совета, член Харьковского порайонного комитета по вывозу горнозаводских грузов, управляющий делами). С 1906 г. — председатель Совета.
С 1902 г. постоянно избирался гласным Харьковской городской думы, будучи деятельным членом ее комиссий. 25 октября 1912 г. избран членом Государственного Совета от промышленников.
В 1912—16 гг. занимал должности Товарища председателя Совета съездов представителей промышленности и торговли, члена Совета по железнодорожным делам Министерства путей сообщения, председателя Харьковского отделения Российско-итальянской торговой палаты, Харьковского отделения Императорского Русского технического общества и его Счетоводческого отдела, члена попечительных советов ряда учебных заведений. Входил в состав Особого совещания по обороне государства (1915), Экономического совета при Временном правительстве (1917), руководящих органов Центрального военно-промышленного комитета, Всероссийского союза земств и Всероссийского союза городов.
В 1917 г. возглавлял борьбу горнопромышленников Донбасса против направляемого левыми партиями радикального рабочего движения.
В 1918 г. был председателем на Съезде промышленников, банкиров и землевладельцев (Киев), был избран товарищем главы Протофиса кн. Голицина. После падения Украинской Державы выступил одним из лидеров Белого движения, организатором Добровольческой армии, принимал участие в Ясском совещании в ноябре 1918 г.
Умер 5 июля 1919 г. от тифа в г. Харькове.
Награждён рядом наград Российской империи и иностранных держав, в том числе званием Командора ордена Короны Италии (1911).
Стипендии им. Н. Ф. фон Дитмара были основаны в Петроградском и Екатеринославском горных институтах.