Σπούδασε στο Σχολείο των Τεχνών (1902 - 1906), κοντά στον πατέρα του Νικηφόρο Λύτρα και το Γεώργιο Ιακωβίδη. Από το 1907 συνέχισε τις σπουδές του στην Ακαδημία του Μονάχου, με δάσκαλο το Ludwig von Lofftz. Στη βαυαρική πρωτεύουσα ήρθε σε επαφή με τον γερμανικό Εξπρεσιονισμό και τις δημιουργίες της ομάδας Blaue Reiter. Μετά την επιστροφή του στην Αθήνα, το 1912, άρχισε να συμμετέχει στις εκθέσεις του Συνδέσμου Ελλήνων Καλλιτεχνών (1915, 1916, 1917, 1920, 1926), ενώ το 1919 εξέθεσε από κοινού με το γλύπτη Γρηγόριο Ζευγώλη. Υπήρξε ιδρυτικό μέλος της  "Ομάδα Τέχνη". Το 1923 εξελέγη καθηγητής στη Σχολή Καλών Τεχνών. Μετά το θάνατό του οργανώθηκαν αναδρομικές εκθέσεις του έργου του στο Ζάππειο το 1929 και το 1936 στην Μπιενάλε της Βενετίας.

Ο Νικόλαος Λύτρας, μαζί με τον Κωνσταντίνο Παρθένη και τον Κωνσταντίνο Μαλέα, θεωρούνται οι ανανεωτές της νεοελληνικής τέχνης των αρχών του 20ού αιώνα. Επηρέασε την εξέλιξη της ελληνικής ζωγραφικής χάρη τόσο στη διδασκαλία του στη Σχολή Καλών Τεχνών όσο και στο πρωτοποριακό του έργο. Προσωπογραφίες, τοπία και νεκρές φύσεις χτίζονται με πλατιές ελεύθερες πινελιές παχύρρευστου χρώματος και χειρονομιακή γραφή.

• 

  Το γαϊδουράκι
• 

  Κεφάλι παιδιού