Nikolai Zacharowitsch Birjukow wurde am 1. Februar 1912 in Orechowo-Sujewo, heute Oblast Moskau, in einer Familie von Textilarbeitern geboren. 1919, als die Fabrik, in der sein Vater arbeitete, die Produktion einstellte, zog die Familie ins Wolgagebiet, in die Nieder-Sysraner Wiesen. Der Bürgerkrieg und die Dürre von 1921 hinterließen einen tiefen Eindruck im Gedächtnis des zukünftigen Schriftstellers und fanden später in seinem Roman "Auf den Höfen" ihren Niederschlag, der 1938 veröffentlicht wurde.

1922 kehrte die Familie Birjukow nach Orechowo-Sujewo zurück. Hier nahm der 10-jährige Nikolai zusammen mit Freunden an der Gründung eines der ersten Pioniergruppen in der UdSSR teil. 1925 trat er dem Komsomol bei und begann, in der Fabrik zu arbeiten, wobei er Arbeit mit aktiver Komsomolstätigkeit verband. Eindrucksvoll war für ihn die Rede von I. W. Stalin auf dem VIII. Kongress des WLKSM im Jahr 1928, die dazu aufrief, sich mit Wissenschaft zu beschäftigen. Bis 1931 studierte er an der Berufsschule des Textilkombinats, an der Moskauer Arbeiterfakultät namens M. I. Kalinin und an der Bauakademie.

Im Herbst 1930 arbeitete Birjukow am Bau der Dulewsker Fabrik, wo es zu einem Unfall mit Grundwasser kam. Junge Komsomolzen, darunter Birjukow, beseitigten es im eiskalten Wasser. Bald erkrankte er und war mit 18 Jahren ans Bett gefesselt, wobei er nur die Beweglichkeit seiner Hände behielt. Zu dieser Zeit wurde über "ärztliche Verbrecher" berichtet, die ihm angeblich nicht die notwendige Hilfe geleistet hatten.

1931 beschloss Birjukow, sich dem Schreiben zu widmen, ohne noch von Nikolai Ostrowski zu wissen. 1932 erhielt er beim Allunionswettbewerb junger Dichter den zweiten Preis für das Gedicht "Siege sind unzählbar!". 1936 und 1940 studierte er im Fernstudium am Literaturinstitut A. M. Gorki und gleichzeitig am Institut für Fremdsprachen. 1938 erschien in der Zeitschrift "Oktober" sein erster Roman "Auf den Höfen".

Während des Großen Vaterländischen Krieges schrieb Birjukow Erzählungen und Essays über den Heldentum der sowjetischen Menschen. Werke wie "Vor dem Atem des Todes", "Disziplin des Herzens", "Russische Augen" und "Lied im Wald" erlangten große Bekanntheit. Im Herbst 1942 begann er den Roman "Die Möwe" über Liza Tschajkina, der Anfang 1945 veröffentlicht wurde und populär wurde, auch an der Front. Der Roman wurde in viele Sprachen der Völker der UdSSR übersetzt und in sozialistischen Ländern Osteuropas veröffentlicht.

1949 erschien sein neuer Roman "Wässer von Naryn", der dem Bau des Großen Fergana-Kanals namens I. W. Stalin gewidmet ist. Für das Schreiben des Buches bereiste Birjukow Zentralasien in einem speziellen Rollstuhl. Im Roman wird die Bedeutung des Baus für die sozialistische Umgestaltung der Wirtschaft und Kultur der Völker Zentralasiens sowie die Rolle der Kommunistischen Partei dargestellt. Im Sommer 1951 ging er auf eine kreative Dienstreise und besuchte das Werk "Rotes Sormowo", das GAZ namens W. M. Molotow und den Bau des Kujbyschewer Wasserkraftwerks. Das Ergebnis der Reise war das Buch "Auf friedlichem Boden" von 1952. 1959 schrieb er den historisch-revolutionären Roman "Durch feindliche Wirbel".

Die letzten 10 Lebensjahre verbrachte Birjukow in der Krim und starb am 31. Januar 1966 in Simferopol.