Николай Олялин родился 22 мая 1941 года в Вологодской области, в деревне Опихалино, в семье портного.
В детстве занимался в кружке самодеятельности в местном Доме офицеров. В 1959 году Николай Олялин приехал в Ленинград и сразу поступил в ЛГИТМиК, на курс Александра Яна. Успешно окончив институт, артист был направлен в Красноярский театр юного зрителя, на сцене которого за несколько лет переиграл множество разноплановых ролей. С 1968 года Николай Олялин начал работать на киностудии имени Довженко.

В 1965 году Николай Олялин дебютировал в кино ролью летчика-испытателя в киноповести Николая Литуса и Леонида Ризина «Дни летные». Актер вспоминает, что в первый день съемок он был зажат и растерян. Дошло до того, что второй режиссер выговорил ему, мол – зачем тебя только пригласили?! И тут…
Николай Олялин вспоминал: «И вдруг передо мной возникли глаза Нэки (прим. - жена Нелли), какими она смотрела, провожая меня в Красноярском аэропорту. И я ясно услышал ее напутствие: «Коля, ты только верь, что чудо свершится - ты будешь знаменитым!» Невероятно, но в следующем дубле я почувствовал, что «поймал» суть своего героя…»
Сцена была настолько удачной, что прямо из проб вошла в фильм…

Молодой актер приглянулся, и посыпались приглашения от режиссеров. «Щит и меч», «Майор Вихрь», «Путь в Сатурн» - во всех этих знаменитых картинах Николай Олялин смог бы сыграть, если бы вовремя был оповещен. Все дело в том, что 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. Актер взял больничный и сообщил, что направляется в санаторий…

В молодом Олялине режиссер Юрий Озеров разглядел не просто мужскую красоту, но и способность создать нешаблонный образ русского солдата. Роль командира роты Цветаева была сыграна настолько достоверно, что настоящие фронтовики поверили в реальность героя Николая Олялина, посчитали его своим. Актер рассказывал, что после премьеры к нему подошел седовласый орденоносец и, взяв его за руку, сказал: «Милый, родной мой, ведь я там, на Курской, вместе с тобой был!» Олялин, родившийся ровно за месяц до начала войны, был растроган до слез…
Фильм «Освобождение» прошел с оглушительным успехом. Его премьеры состоялись в 115 странах мира. А на родине авторский коллектив был удостоен Ленинской премии.

На волне первого большого успеха Олялин перебрался в Киев. Его с радостью приняли на киностудии имени Довженко. Режиссеры с удовольствием использовали удачно найденный актером образ военного. В 1970 году Олялин снялся в телесериале Григория Липшица «Обратной дороги нет». Актер сыграл майора артиллериста Топоркова.

А спустя год сыграл главную роль в военно-приключенческом фильме Георгия Юнгвальд-Хилькевича «Дерзость», рассказывающем об отважном советском разведчике.

В 70-х годах Николай Олялин 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.

В 70-х годах Николай Олялин 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 актера – роли в знаменитой комедии «Джентльмены удачи», ироническом триллере «Бешеной золото», приключенческом фильме «Золотая речка»…

Всего за первые десять лет работы в кино Олялин сыграл в восемнадцати фильмах. И даже не имея украинских корней, в 1979 году был удостоен звания народного артиста Украины.

И в 80-е годы Николай Олялин продолжал много сниматься в кино. За это десятилетие вышло одиннадцать картин с его участием, среди них и известный всем исторический сериал «Россия молодая», где актер исполнил роль Молчана.

Все резко изменилось, после распада Советского Союза. В одно мгновение огромное количество талантливых актеров осталось без работы. По словам Олялина: «Пришло уничтожение, то есть наше поколение взяли и выкинули из жизни. Наступил такой мрак, что все, даже ехать некуда, предел».
В 1990 году Олялин выступил как режиссер двух картин – «Теплая мозаика ретро и чуть-чуть...» и «Неотстрелянная музыка». Но его работы так и остались невостребованными - ни среди прокатчиков, ни среди телевизионщиков эти добрые фильмы о любви не смогли найти спроса.

В последние годы жизни Олялина ситуация в кинематографе России и Украины стала меняется в лучшую сторону. И не случайно, что в 2003 году Николай Олялин снялся сразу в двух проектах - сериале «Тотализатор» и телеварианте «Ночного дозора». Затем последовали новые работы: Дед Илья в «Бумере», Великий инквизитор в «Дневном дозоре», Григорий Самохин в сериале «Есенин», Гревицкий в картине «Ленинград. Город живых», Сан Саныч в «Медвежьей охоте»...

Умер в Киеве 17 ноября 2009 года в возрасте 68 лет от обширного инфаркта. Похоронен актёр 19 ноября 2009 года на Байковом кладбище в Киеве (участок № 49а).