Николай Ильич Беляев родился 19 января 1903 года в семье простых крестьян села Кутерем Уфимской губернии Башкирской ССР. В 1919 году шестнадцатилетний Беляев закончил высшее начальное училище в селе Калегино и сразу же стал членом комсомола. Юный комсомолец Беляев был одним из инициаторов создания первых первичных комсомольских организаций Башкирской АССР.

С 1919 года по 1922 год Беляев трудился в рядах комсомола и профсоюзов Башкирии, где в разное время занимал посты ответственного секретаря Калегинского и Бирского комитетов комсомола. В 1921 году Николай Ильич Беляев вступил во Всероссийскую коммунистическую партию большевиков. Вскоре после работы в комсомоле и профсоюзах Башкирии, Беляев перебрался в Москву, где окончил Московский институт народного хозяйства им Г.В. Плеханова в 1925 году.

После института молодого Беляева направили в Западную Сибирь. Там Николай Беляев с 1925 года по 1930 год трудился председателем правления окружного союза сельскохозяйственной кооперации, председателем правления Сибльносоюза, начальником Трактороцентра земельного отдела Западной Сибири и заместителем управляющего Сибирским колхозсоюзом «Заготзерно». В период всей своей работы Николай Ильич Беляев претворял в жизнь идеи коллективизации.

В период с 1939 года по 1941 год Николай Ильич занимался вопросами пищевой промышленности Новосибирского обкома партии, а с 1941 года по январь 1943 год стал первым заместителем председателя Новосибирского облисполкома.

Следующей командировкой Николая Ильича стал Алтайский облисполком. Основную работу по развитию сельского хозяйства Алтайского края проводил в качестве первого секретаря краевого комитета партии. В этой должности Беляев провел без малого двенадцать лет, с августа 1943 по июль 1955 год.

В первые послевоенные годы Беляев добился весомых успехов, преобразовав аграрный Алтайский край в крупный промышленный регион с индустриальными центрами в Барнауле, Бийске и Рубцовске. Вместе с тем, с 1946 года, Беляев был избран депутатом Верховного Совета СССР.

После январского Пленума ЦК КПСС 1955 года, Никита Сергеевич Хрущев взял курс на кукурузу. По мнению генерального секретаря, кукуруза была призвана решить зерновой и кормовой вопросы Советского Союза. Николай Ильич Беляев с присущим ему рвением и энтузиазмом взялся за решение задач, поставленных руководством. Однако, низкое качество кукурузы, закупленной за рубежом, и как следствие слабый урожай привели к отставке Беляева с поста первого секретаря.

Незадолго до смерти Сталина, в октябре 1952 года Николай Ильич Беляев стал членом ЦК КПСС, в рядах которых провел девять лет, до 17 октября 1961 года.

После Алтайского края, в Москве Беляев курировал вопросы партийной организации на территории РСФСР.

Июньский Пленум ЦК КПСС 1957 года стал ключевым моментом в карьере Беляева. В ходе Пленума Беляев обвинил Лазаря Кагановича, первого заместителя председателя Совета Министров СССР, в заговоре с целью перемещения Хрущева с поста первого секретаря ЦК КПСС на пост министра сельского хозяйства. Продолжая обвинения, Беляев обратился к Дмитрию Шепилову: «Думаю, что твоя голова в политике действительно дурная», на что бывший министр иностранных дел ответил: «Партия поправит, если дурная». Кроме этого, Беляев стал автором фразы:

Ожесточённое сопротивление пыталась оказать осуществлению ленинского курса, намеченного XX съездом партии, фракционная антипартийная группа, в которую входили Молотов, Каганович, Маленков, Ворошилов, Булганин, Первухин, Сабуров и примкнувший к ним Шепилов.

Клише «…и примкнувший к ним Шепилов» активно муссировалось в прессе, породив множество баек и анекдотов в Советском Союзе. Так, народ шутил, что самая длинная советская фамилия звучит как «Ипримкнувшийкнимшепилов» или «если пол-литровую бутылку водки распивали трое человек, а к ним присоединялся четвертый, то последнего звали Шепиловым».

В ходе этого Пленума, Беляев в числе сторонников Хрущева предъявил целый список обвинений «антипартийной группе», среди которых были Маленков, Молотов и Каганович.

За личную преданность Н.С. Хрущеву Беляев стал членом Президиума ЦК КПСС, но уже через несколько месяцев Хрущев разочаровался в своем стороннике и с обоснованием «ввиду недостаточных темпов развития сельского хозяйства» отправил его в Казахстан.

Первым секретарем Компартии Казахстана Николай Ильич был с 26 декабря 1957 года по 4 мая 1960 год. Под руководством Беляева в столицу Казахской ССР было создано первое газовое хозяйство «Горгаз», которое обеспечивало сжиженным газом предприятия Алма-Аты. После повсеместной газификации Алма-Аты, инженеры столицы начали строительство магистральных проводов и газотранспортных систем на территории Казахстана.

Но руководство Беляева запомнили не этим. С 1 по 4 августа 1959 год в Темиртау прошли массовые беспорядки, известные как восстание в Темиртау 1959 года. Беляев не смог успокоить рабочих своими силами, недовольство которых было вызвано систематическими перебоями со снабжением водой, продовольствием, отсутствием жилья и плохими условиями труда. В Темиртау были введены войска и танки. В результате этих беспорядков Павел Исаев, первый секретарь Карагандинского обкома партии, был исключен из рядов КПСС, а Николай Беляев понижен в должности и отправлен в Ставрополь. Горбачев вспоминал, что прибывший на должность первого секретаря Ставропольского крайкома Беляев выглядел совершенно потерянным, словно прибыл в ссылку. В том же году Беляев покинул пост первого секретаря и был отправлен на пенсию.

Николай Ильич Беляев умер 28 октября 1966 года.