Н. Олялин родился 22 мая 1941 года в Вологодской области в простой семье. Его отец — Николай Олялин — работал портным, мама была домохозяйкой. В семье Олялиных было трое детей и все — мальчики. Коля был самым младшим.
Приобщение Олялина к искусству произошло еще в школьные годы: его старший брат записался в самодеятельный кружок и местном Доме офицеров и вскоре перетянул туда и младшего прата. А всех, кто занимался в этом кружке, бесплатно пускали в кино. Так что, будучи еще совсем юным, мальчик пересмотрел по нескольку раз сотни отечественных и импортных картин, наминая от «Чапаева» и кончая «Тарзаном». Именно тогда он дал себе слово, что обязательно станет артистом, чего бы это ему ни стоило.
Между тем никто в семье Олялиных не воспринимал всерьез мявлений Николая о том, что он будет артистом. Он тогда очень сильно, по-вологодски, окал, и этот изъян родственники считали главным препятствием на его пути в искусство. Поэтому, когда в 1959 году он собрался ехать в Ленинград, чтобы поступить в Институт театра, музыки и кино, вся родня отговаривала его делать это. «Ну какой из тебя артист с таким говором!» — заявляли они Николаю. А он все равно поехал и, надо же, поступил с первого захода. Замечательный педагог Александр Александрович Ян увидел в нем задатки будущего талантливого актера и взял на свой курс, хотя тому потом вплоть до третьего курса пришлось бороться с оканьем под руководством педагога по сценарной речи. И эта борьба завершилась успехом.
Окончив институт в 1964 году, Олялин вместе со всем курсом был брошен на «поднятие периферии» — студентов послали в Красноярский ТЮЗ. Там за четыре года работы начинающий актер освоил самые разные амплуа, сыграв массу ролей: и драматических, и комедийных. Тогда же состоялся и его дебют в кино В фильме Киевской киностудии «Дни летные» (1966) он сыграл солдата Болдырева.
Примерно в то же самое время Олялин женился. История его любви выглядит достаточно романтично. Однажды в их теа пришла девушка, которая работала вторым секретарем райком комсомола. Ей надо было отобрать актеров для выступления на праздничном вечере. В числе этих актеров оказался и Николай. По его словам, для того чтобы полюбить друг друга им хватило всего лишь одного (!) дня. На следующий после знакомства день они пошли в загс и расписались. Обычно столь молниеносные браки довольно скоро заканчиваются разочарованием молодых в друг друге и разводом. Но в случае с Олялиным ничего этого не произошло. Они с женой до сих пор живут вместе и уже воспитали двух детей — сына и дочь (последняя родилась в 1974 году).
По словам Н. Олялина: «Слава Богу, меня миновал дамоклов меч развода — просто не в силах представить, что моя дочь или мой сын какого-то другого, постороннего мужчину стали бы называть папой…»
Роль солдата Болдырева открыла Олялину дорогу в большой кинематограф (в 1968 году он навсегда ушел из театра). Буквально через год после выхода картины на экран, режиссер Ю. Озеров пригласил молодого актера на главную роль в свою эпопею «Освобождение». Роль лейтенанта Цветаева и стала той ролью, которая принесла этому актеру всесоюзную известность. «Освобождение» вышло на экраны страны в 1970 году и сразу стало лидером проката — 1-е место, 56 млн. зрителей.
А в следующие два года на всесоюзные экраны вышли сразу семь фильмов с участием Н. Олялина. Среди них: телефильм «Обратной дороги нет», «Мировой парень», «Секундомер», «Бег» (все — 1971), «Джентльмены удачи», «Длинная дорога в короткий день», «Иду к тебе» (все — 1972). В большинстве этих картин наш герой играл людей мужественных, честных, непреклонных. Благодаря им он стал одним из самых популярных актеров советского кино в 70-е годы.
В 1972 году Н. Олялину была вручена премия Ленинского комсомола Украины.
Вплоть до середины 80-х годов Олялин очень успешно снимался в кино, переиграв массу различных ролей. Причем среди них были не только привычные зрителю положительные герои — Платонов в «Океане» (1974), Селиванов в «Долге» (1977), К юков в «Вижу цель» (1979), но и отрицательные — бандит Силантий в «Пропавшей экспедиции» (1975) и «Золотой речке» (1976), белогвардеец Павловский в телесериале «Синдикат-2» (1981).