Родился в 1920 году в Курске.

В июле 1941 года, будучи студентом 4-го курса Московского архитектурного института, добровольцем ушел на фронт. Участвовал в боевых действиях под Москвой, на Курской дуге, в Корсунь-Шевченковской и Ясско-Кишиневской операциях, освобождении Румынии, Венгрии, Австрии и Чехословакии. Войну закончил в Праге гвардии старшиной 27-й отдельной гвардейской танковой бригады.

По окончании войны вернулся в институт, учился в аспирантуре, работал в мастерской "Гипролеспрома", участвовал в проектировании ряда общественных и жилых зданий. После защиты кандидатской диссертации в 1952 году был направлен в Академию архитектуры СССР. С 1957 года и по настоящее время - на педагогической работе. Около 30 лет заведовал кафедрой "Основы композиции" в МГХПУ имени С.Г. Строганова. Заслуженный архитектор России (1973), профессор (1974), лауреат премии Москвы (1999), лауреат ряда всесоюзных конкурсов на проектирование сооружений и монументов для города Москвы.

В списке творческих работ Н.А. Ковальчука более двухсот проектов, из них около половины реализованы. Его работы установлены в Москве, Калуге, Твери, Омске, Кемерове, Кокчетаве, Абакане, Барнауле, Уссурийске, Маутхаузене (Австрия) и других городах. Среди последних работ - памятники адмиралу Федору Ушакову в Москве, Питириму Сорокину в Сыктывкаре, А.С. Пушкину в Астане (Казахстан). Автор ряда книг и статей о русском народном деревянном зодчестве, один из авторов коллективного труда "Очерки теории архитектурной композиции" (1960).

Награжден орденами Отечественной войны II степени, Красной Звезды, медалями "За боевые заслуги", "За оборону Москвы", другими наградами.