Учился в студии при Рязанском драматическом театре.
В 1920 году был призван в армию; выступал в самодеятельном красноармейском коллективе. После демобилизации вновь работал в Рязани.
В 1922 году переехал в Москву. В 1926 году окончил студию ГЭКТЕМАС — студию при Театре РСФСР (впоследствии Театр им. Всеволода Мейерхольда). Был актёром этого театра с 1923 года.
В 1938-1958 годах — актёр МХАТ имени Горького.
Автор пьесы «Невидимый фронт» («Будьте бдительны»).
Николай Боголюбов много работал в театре и кино над созданием образа положительного советского героя.
Скончался в Москве 9 марта 1980 года. Похоронен на Кунцевском кладбище в Москве.