Олялин родился 22 мая 1941 года в деревне Опихалино Вологодской области в семье портного. В 1959 году 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. Дебютировал в кино в роли летчика-истребителя Николая Болдырева (фильм «Дни летные», 1966 год). Через год его пригласил режиссер Юрий Озеров на одну из ведущих ролей в киноэпопее «Освобождение». Роль капитана Цветаева принесла Олялину всесоюзную известность. Позже Олялин снялся в фильмах: «Бег» (1970), «Обратной дороги нет» (1970), «Джентльмены удачи» (1971), «Мировой парень» (1971), «Пропавшая экспедиция» (1975), «Золотая речка» (1976), «Долг» (1977), «Россия молодая» (1982), «Биндюжник и король» (1989), «Князь Юрий Долгорукий» (1998). В 1990 году Николай Олялин по своему сценарию поставил мелодраму «Неотстрелянная музыка», одну из главных ролей в котором исполнил сам, и фильм «Теплая мозаика ретро и чуть-чуть...», в 1992 году поставил фильм «Воля». В 2003 году Николай Олялин снялся сразу в двух проектах – сериале «Тотализатор» и телеварианте «Ночного дозора». Николай Олялин возглавлял на Украине фонд «Путь Православия», действующий под эгидой Московского Патриархата. В 1979 году ему было присвоено звание «Народный артист Украинской ССР». Олялин был кавалером ордена князя Ярослава Мудрого V степени. У Николая Олялина остались жена Нелли Ивановна, двое детей – Владимир и Ольга, внук Саша.