Николай Олялин родился 22 мая 1941 года в деревне Опихалино Вологодского района Вологодской области. Народный артист Украинской ССР (1979).
Окончил Ленинградский институт театра, музыки и кинематографии (ЛГИТМиК). В 1964 году, по окончании института, Николая направили в Красноярск, где актер играл на сцене Театра юного зрителя. В 1965 году Николай Олялин дебютировал в кино ролью лётчика-испытателя в киноповести «Дни лётные». Молодой актёр приглянулся режиссёрам, и посыпались приглашения: «Щит и меч», «Майор Вихрь», «Путь в Сатурн» — во всех этих знаменитых картинах Николай Олялин смог бы сыграть, если бы вовремя был оповещён. Но руководство театра просто-напросто скрывало от него присылаемые приглашения. Возможно, такая же участь постигла бы и фильм-эпопею «Освобождение». Помогла девушка, работавшая в театре. Она тайком сообщила Николаю о приглашении. Чтобы отправиться на пробы, пришлось пойти на хитрость: актёр взял больничный и сообщил, что направляется в санаторий.
В молодом Олялине режиссёр Юрий Озеров разглядел не просто мужскую красоту, но и способность создать нешаблонный образ русского солдата. На волне первого большого успеха Олялин перебрался в Киев. Его с радостью приняли на киностудии имени А.П. Довженко. Режиссёры с удовольствием использовали удачно найденный актёром образ военного. В 1970 году Олялин снялся в телефильме Григория Липшица «Обратной дороги нет». Актёр сыграл майора Топоркова. А спустя год сыграл главную роль в военно-приключенческом фильме «Дерзость», рассказывающем об отважном советском разведчике.
Благодаря удачным работам в кино на актёра обратили внимание и театральные режиссёры. Олег Ефремов, только что принявший руководство МХАТ, звал его к себе. Обещал помочь с жильём, дать лучшие роли. Однако Олялин, загруженный работой в кино, отказался. В 1970-х годах Николай Владимирович достиг пика своей популярности. Его стали приглашать не самые разные роли. В спортивной драме Юрия Дубровина «Мировой парень» он сыграл Виктора Логинова – героя своего времени, советского инженера, оказавшегося участником необыкновенной автогонки. Среди других заметных работ актёра — роли в знаменитой комедии «Джентльмены удачи», ироническом триллере «Бешеное золото», приключенческом фильме «Золотая речка». Всего за первые десять лет работы в кино Олялин сыграл в восемнадцати фильмах. И несмотря на отсутствие украинских корней, актер в 1979 году был удостоен звания Народный артист Украинской ССР.
В 1990-е годы Олялин выступил как режиссёр трёх картин — «Тёплая мозаика ретро и чуть-чуть...» , «Неотстрелянная музыка», «Воля». Долгие годы актёр не снимался в кино. Николай Владимирович писал очерки о коллегах, пробовал себя в качестве сценариста. В 2003 году Николай Олялин снялся сразу в двух проектах — сериале «Тотализатор» и картинах «Ночной дозор» и «Дневной дозор».
Ушёл из жизни 17 ноября 2009 года в одной из больниц Киева. Похоронен на Байковом кладбище (участок № 49а).
