Художник, искусствовед, редкий специалист по истории народной игрушки, включая курские традиции её кустарного производства. Член Государственной Академии художественных наук.
Родился в д. Семёновке Льговского уезда (усадьба сохранилась до настоящего времени). Его дед — Эрнест Иванович Бартрам (1798 г. рождения), уланский полковник — основатель этого поместья. Отец — Дмитрий Эрнестович Бартрам, выпускник Академии Художеств, талантливый акварелист, ученик и сотрудник архитектора В.О. Шервуда (периода его работы над зданием Исторического музея в Москве). Дворянский род Бартрамов уходит корнями в Шотландию.
Получил домашнее образование под руководством отца. Закончил Московское училище живописи, ваяния и зодчества (1889–1891). Учился там у В.Н. Бакшеева и Н.А. Мартынова. Совершая на каникулах этнографические экскурсии по курским деревням, собрал значительную коллекцию предметов народного быта, изделий кустарного ремесла, передав её в музей Курской учёной архивной комиссии. В 1893–1907 гг. в Семёновской усадьбе под руководством Н.Д. Бартрама работала учебная мастерская для юных столяров по производству деревянных игрушек, бытовых украшений, штучной мебели. В их эскизах воплощались народные традиции игрушечного ремесла, начиная с древней Руси; образы русского фольклора (Аника-воин, кутафья, волчок, щелкунчик, баба-яга, «земля на трех китах», богатырь на лошади, дьяк, боярыня, боярин, лисица, волк, петух и т.д.). Исторические предпосылки этой культурной традиции глубоки: глиняные статуэтки и макеты вещей встречаются при раскопках курских поселений ещё славянской (северянской) и древнерусской эпох. Работы Семёновской мастерской неоднократно демонстрировались на музейно-художественных выставках, получали их награды и дипломы.
Изучал историю игрушки и традиции её кустарного производства, примитивное искусство вообще в фондах Российского Исторического музея, по частным коллекциям и у мастеров-игрушечников в разных губерниях России, а также в музеях Парижа, Берлина, Нюрнберга (1893–1903). В 1900-х гг. занимался иллюстрированием детских книг и журналов («Светлячок», «Шут» и др.), выполнял серии эскизов различных изделий из дерева (в особенности игрушек) и ткани для кустарно-художественных мастерских России.
С 1903 г. живёт в Москве. Преподавал в ряде учебных заведений — Учебных мастерских кустарного дела при Московском губернском земстве (1907–1916); на курсах художественной игрушки при Московском техникуме кустарной промышленности (1926–1931). Сотрудничал с кустарями-игрушечниками Богородского уезда, снабжая их эскизами новых деревянных изделий. В 1907 г. основал и возглавил отдел образцов при Кустарно-промышленном музее московского губернского земства (ныне Музей народного искусства).
В 1918 г. создал и возглавил (до 1923 г.) московский музей игрушки (теперь он находится в Сергиевом Посаде как Художественно-педагогический музей игрушки при Российской Академии образования; экспозиция начинается работами мастера и фотографиями его курской мастерской; демонстрируется также его живописный портрет, выполненный женой — Е.И. Лосевой). Участвовал в создании ряда новых московских музеев — мебели; Бытового; квартиры Л.Н. Толстого в Хамовниках. Продолжал работу над эскизами художественных поделок из дерева, уже на советские темы («Колхоз», «Днепрострой» и др.). Иллюстрировал «Сказку о царе Салтане» А.С. Пушкина и др. книги. Участвовал в работе Комиссии по охране памятников искусства и старины. Его авторские изделия удостоены двух золотых медалей Международной выставки декоративных искусств и современной художественной промышленности (Париж, 1925), по классам «Роспись» и «Игры и игрушки».
Автор нескольких исследований по истории народной игрушки, крестьянского искусства России.
Умер 16 июля 1831 г. Похоронен в Москве, на Новодевичьем кладбище.
Воспоминания дочери художника А.Н. Изергиной «О моем отце Н.Д. Бартраме» опубликованы.
Трудами Н.Д. Бартрама заложена традиция изучения и музеефикации уникальных образцов ремесленного, промыслового творчества курян.
Сочинения: Об игрушке. М., 1904; Игрушка — радость детей. М., 1912; Николай Дмитриевич Бартрам (Избранные статьи. Воспоминания о художнике). М., 1979.
Литература: Художники народов СССР. Библиографический словарь. Т. 1. М., 1970; Полунина Н.М., Фролов А.Н. Основатели. Российские просветители. М., 1990; Спесивцев Ю. Находка необычной глиняной куклы на берегу Псла // Живая старина. 1996. № 3; Холодова Е. Усадьбы Курской губернии. Курск, 1997 («Семёновка»).