Sinh ra trong một gia đình có truyền thống cả văn học lẫn võ công, Nguyễn Lâm lại có tinh thần ham học, thông tuệ từ nhỏ nên học giỏi có tiếng. Là con nhà quan nhưng tính tình ông rất hòa nhã, khiêm nhường không cậy mình là con quan đại thần mà kiêu ngạo. Khi ông bước vào tuổi thiếu niên (14 tuổi) thì cha và chú phải vào cầm quân đánh Pháp ở bán đảo Sơn Trà, Đà Nẵng, tỉnh Quảng Nam, nên ông đã luyện tập võ nghệ, đọc binh thư để nối nghiệp cha, chú đánh đuổi giặc Pháp ra khỏi bờ cõi.

   Năm 1859, Liên quân Pháp – Tây Ban Nha kéo vào Nam Kỳ hạ thành Sài Gòn. Vua Tự Đức phong cha ông làm Tổng thống quân vụ đại thần – giữ chức Gia Định Quân thứ Thống đốc quân vụ đại thần cùng chú ông là Nguyễn Duy đang giữ chức Gia Định Quân thứ Tán lý đại thần xây dựng Đại đồn Kỳ Hòa (Chí Hòa) chống liên quân Pháp – Tây Ban Nha.

   Ngày 25/10/1861, Liên quân Pháp – Tây Ban Nha điều động đại lực lượng binh thuyền tấn công chiến lũy Kỳ Hòa. Nguyễn Tri Phương, Nguyễn Duy cùng các tướng cố thủ chiến lũy Kỳ Hòa gây tổn thất nặng nề cho Liên quân Pháp – Tây Ban Nha. Chiến lũy Kỳ Hòa vỡ, Nguyễn Tri Phương bị thương nặng, Nguyễn Duy tử trận, cả ba tỉnh Đông Nam Kỳ lọt vào tay giặc Pháp. Từ đó Nguyễn Lâm càng nung nấu chí căm thù giặc Pháp, chuyển hẳn sang học võ, đọc binh thư để sau này chỉ huy quân đội Khi ông vừa tròn 18 tuổi, ông đã theo cha giúp việc quân. Năm Nguyễn Lâm 20 tuổi đã là một thanh niên tuấn tú, lập được nhiều chiến công. Vua Tự Đức có lòng yêu gả công chúa Đồng Xuân cho, phong làm Phò mã đô úy.

   Năm Tự Đức thứ 24 (1871), Nguyễn Lâm thấy cha đã 72 tuổi, luôn luôn bận rộn việc quân ở Bắc Kỳ bèn làm sớ xin theo đi Tam Tuyên quân thứ để đỡ đần cha xông pha nơi trận mạc và tiện phụng dưỡng cha già. Khi ông ra tới Hà Nội thì triều đình giao cho cha ông làm Tổng đốc Hà – Ninh để đối phó với âm mưu xâm lược của quân Pháp. Vì vậy khi con trai ra Bắc, ông liền giữ con ở lại thành Hà Nội giúp việc.

   Sáu giờ sáng ngày 20/11/1873, (1 tháng 10 năm Quý Dậu) quân Pháp nã đại bác cấp tập vào thành. Nguyễn Tri Phương phán đoán từ trước vì ông súng đạn ít, ông cho nghi binh ở cửa Bắc, cửa Tây, tự mình giữ cửa Đông Nam, giao cho Nguyễn Lâm giữ cửa Tây Nam. Đúng như phán đoán của Nguyễn Tri Phương, Francis Garnier cũng nghi binh ở cửa Bắc, cửa Tây chia làm hai cánh quân đánh cửa Đông và cửa Nam. Nguyễn Tri Phương cùng các tướng thân lên mặt thành chỉ huy quân sĩ. Quân Pháp bắn đại bác dữ dội vào thành rồi cho quân tiến sát tường thành. Đại bác của ta đặt trên mặt thành bắn vọt ra xa không trúng đội hình quân Pháp. Nguyễn Lâm đứng trên mặt thành chỉ huy quân sĩ lăn đá gỗ, bắn những tên tới gần, dùng câu liêm đẩy thang của chúng, đẩy lùi nhiều đợt xung phong của giặc. Đạn đại bác của giặc phá vỡ cửa thành Tây – Nam, quân giặc ồ ạt tràn vào. Nguyễn Lâm chỉ huy quân đánh giáp lá cà. Ông trúng đạn hy sinh, năm đó ông mới 29 tuổi. Quan lại làm sớ tâu về kinh, vua Tự Đức thương tiếc ban dụ: “Làm tôi thì chết theo điều trung với nước, làm con thì chết theo điều hiếu với cha, thật đáng khen ngợi! Phò mã Nguyễn Trí Lâm không phải trách nhiệm cầm quân ra trận, nay chết về việc hiếu nghĩa, trên trả được nợ nước, dưới không phụ tình cha. Thực đáng là bậc tu mi đứng trong hoàn vũ. Vậy truy tặng hàm Binh bộ Tả thị lang để biểu dương”.

   Vua lại cấp cho 300 quan tiền tuất để lo việc tẩm liệm, sắc cho quan lại Hà Nội cấp binh phu tống tiễn linh cữu về kinh và an táng tại làng. Năm Tự Đức thứ 28 (1875) vua lại phê lập nhà thờ Trung hiếu tại làng để thờ cúng Nguyễn Tri Phương, Nguyễn Duy là cha và chú.

   Trong bài văn tế của quan Khâm mệnh triều đình có những câu:

   “…Nhĩ tử Nguyễn Lâm, tiên nhĩ dĩ vong oanh oanh liệt liệt hào tố nhất trường.
   Thị huynh, thị đệ, thị phụ, thị tử cổ chi Biên môn đãi bất quả thử!
   Ô hô! Vi thần năng trung ư quốc!
   Ô hô! Vi tử nang hiếu ư thân!
   Duy trung chữ hiếu, nhất môi hàm tụng…”

   Như vậy là cả cha, chú và ông đều hy sinh trong sự nghiệp chống giặc Pháp xâm lược ở cuối thế kỷ XIX.