Родился в небольшой деревне Вологодской области 22 мая 1944 года. Его отец, портной, вскоре после рождения сына ушел на фронт. В детстве Николай посещал драматический кружок при Доме офицеров, куда пришел за компанию со своим братом. Сначала ему доверяли лишь эпизодические и проходные роли, но со временем он начал играть и главных героев. После школы Олялин отправиляся в Ленинград: он собирался стать военным, однако неожаднно передумал и поступил в В театральное училище Николай Олялин также поступать не планировал, а отправился в Ленинград, чтобы стать военным. Однако неожиданно он передумал и поступил в Ленинградский государственный институт театра, музыки и кинематографии (ЛГИТМиК), по окончании которого в 1964 году получил распределение в Красноярский театр юного зрителя. Вскоре Олялин заслужил славу лучшего комика города. В 1965 году он дебютировал в роли летчика-испытателя в фильме «Дни летные».
Талантливый актер получал много предложений от других режиссеров. Вскоре он снялся в эпической картине «Освобождение», сделавшей его знаменитым. Киноэпопея, посвященная событиям Великой Отечественной Войны, получилась по-настоящему международной: в работе над ней принимали участие актеры и консультанты из Германии, Польши и Италии. Режиссер Юрий Озеров снял для этого цикла в общей сложности пять лент, работа продолжалась с 1968 по 1972 год. Олялин очень убедительно исполнил роль капитана Цветаева, так что даже фронтовики высказывали ему свою признательность за достоверно переданные военные реалии. Актер воплотил на экране образ настоящего русского солдата и выйдя за рамки сложившихся в кинематографе стереотипов. Успех картины был огромен, она вышла в прокат в 115 странах, и получила признание не только народа, но и руководителей страны. Авторы ленты были удостоены Ленинской премии – одной из самых престижных наград Советского Союза.
За Олялиным на долгие годы закрепилось амплуа военного: он исполнял артиллеристов и разведчиков (телесериал «Обратной дороги нет», приключенческий фильм «Дерзость»). Эти образы надолго запомнились зрителям. Кстати, в армии он так и не отслужил.
В 1970-е актера, чья популярность все время росла, пригласили переехать в Киев – на работу в Киностудию им. Довженко, одну из лучших в СССР. Олялин наконец начал играть и гражданских: так, он исполнил роль простого советского инженера в фильме «Мировой парень». Зрители помнят его и по другим знаменитым картинам, например, в комедии «Джентльмены удачи» он воплотил полковника милиции Верченко.
В 1990-х Олялин пробовал себя в роли сценариста и режиссера, но в то непростое время его истории о любви оказались невостребованными. В начале нового тысячелетия актер активно снимался в телесериалах, например, сыграл Инквизитора в картинах «Дневной дозор» и «Ночной дозор».
Николай Олялин в 2009 году в Киеве в возрасте 68 лет от инфаркта.
