Sim, é possível.
Configure a tabela de roteamento para ter uma entrada para sua LAN através de uma NIC e configure o gateway padrão através da outra NIC.
(Informações básicas sobre rotas, etc. podem ser encontradas aqui neste post de falha do servidor ) .
Edit: Eu sempre adoro diagramas em casos como esses, então adicionei o abaixo.
Há muito mais informações que podem ser adicionadas. Por exemplo. qual faixa de IP está em uso? Os dispositivos conectados ao 'roteador WiFi' precisam acessar a Internet via PC ou têm acesso próprio? Há reserva na tabela DHCP dos roteadores centrais para que seu PC sempre receba o mesmo IP? Etc etc.