Николай родился 3 августа 1946 года в Москве. Его дедушка и бабушка — Людмила и Диомид Бурляевы были актерами передвижных малороссийских театров и под псевдонимом Филиповские выступали еще до революции. Впрочем, об актерской карьере мальчик мог и не мечтать – в пять лет маленький Коля стал заикаться.
С кинематографом его свела судьба обычным будним днем на улице, по которой, ничего не подозревая, шел 14-летний Бурляев. К нему подошел учащийся ВГИКа Андрей Кончаловский и задал хрестоматийный вопрос: «Хочешь сниматься в кино?». Так парень стал главным героем курсовой короткометражки Кончаловского «Мальчик и голубь» (1961). Николай справился со своей ролью мечтательного юноши, готового ради своей мечты о птице даже продать отцовские марки. Андрей Кончаловский, вытащив Николая Бурляева из безвестности, привел юного актера к режиссеру Андрею Тарковскому, который тогда снимал свою ленту-экранизацию «Иваново детство» (1962). Тарковский искал главного героя – 12-летнего сироту Ивана, на чьих глазах фашисты расстреляли мать и сестру, который уходит в воинскую часть и становится неуловимым разведчиком. Николай получил эту роль и, вопреки своему заиканию, сыграл ее блестяще. «Чтобы забыть о заикании, мне необходимо было стать другим человеком. Жить, а не играть», – вспоминает Бурляев.
Его работу оценила международная критика: Николай стал широко известен за пределами Советского Союза, получив награды в разных странах – от Франции до Америки. Сама лента стала культовой и удостоилась, в частности, престижного «Золотого льва» Венецианского кинофестиваля.
Талантливого мальчика стали буквально расхватывать советские режиссеры – Александр Митта позвал сниматься в ленте «Без страха и упрека» (1962), а Игорь Таланкин пригласил в картины «Вступление» (1962) и «Метель» (1964). После выпускного в школе, 18-летний молодой человек решил связать свою жизнь с кино и поступил в Театральное училище имени Б. В. Щукина, причем сразу на 2-й курс актерского факультета. Через два года Бурляев оказывается в центре внимания мировой кинопрессы: в 1966 году выходит еще один шедевр Тарковского «Андрей Рублев», где Николай играет Бориску, сына мастера-литейщика, который знает «секрет литья» колокола для звонницы храма. И вновь лента с успехом проходит на ведущих кинофестивалях, в частности, получает приз в Каннах.
Громко заявив о себе с самого начала кинокарьеры, Николай Бурляев продолжает сниматься в кино, причем в главных ролях. В 60-70 годы ежегодно выходят по несколько фильмов с участием актера. Среди обширной фильмографии Николая можно выделить роль полицая в культовой ленте Алексея Германа «Проверка на дорогах» (1971) и знаменитого литературного героя Достоевского в фильме Алексея Баталова «Игрок» (1972). В 1983 году Николай Бурляев сыграл одну из самых известных своих ролей в драме Петра Тодоровского «Военно-полевой роман» (1983). Его герой Александр Нетужилин, бывший солдат, встретивший бывшую санитарку в реалиях мирного времени, стал одним из самых ярких образов советского кино. Фильм оказался настоящим хитом и даже был номинирован на «Оскар». Бурляев нашел себя и в современном кино. Так, он сыграл Иешуа в «Мастере и Маргарите» (1994), Федора Тютчева в ленте «Любовь и правда Федора Тютчева» (2003) и снялся в сериале «Адмиралъ» (2009). Бурляев был женат дважды: на актрисе Наталье Варлей и режиссере Наталье Бондарчук, от которой у него есть двое детей.
