Николай Бирюков — сын протодиакона из города Екатеринбурге. Поступил в Пермскую духовную семинарию, однако окончил только три класса и в 1882 году по прошению был уволен и назначен надзирателем Пермской Александровской земской больницы. В 1884 году получил должность псаломщика во Введенской церкви Красноярского села Камышловского уезда. В этом же году он выдержал экзамены в Камышловском уездном училище на звание начального народного учителя и с этого времени стал преподавать в различных учебных заведениях Камышловского уезда, совмещая эту деятельность со служением Церкви.
Женился, четверо детей.
В 1889 году был рукоположен в сан диакона, а в 1896 году — в сан священника. Служил на различных приходах Екатеринбургской епархии: в селах Красноярском, Тыгишском, Закамышловском, Кургановском, Никольском, в Спасо-Преображенском соборе города Шадринска и в Верхне-Уфалейском заводе.
27 октября 1914 года был переведен к церкви Каменского Преображенского женского монастыря, где окормлял насельниц обители и исполнял обязанности приходского священника. Он был ревностным пастырем, постоянно заботившимся о духовно-нравственном воспитании паствы, требовательным к себе и другим и одновременно исполненным христианской любви. Батюшка считался хорошим проповедником: он умел доступно и в то же время глубоко объяснить смысл евангельского текста: «Семья священника была дружной и крепкой. О том, какие теплые отношения царили в ней, свидетельствуют строки из сохранившегося письма отца Николая к младшему сыну Федору, написанного уже в годы гражданской войны. В этом письме после отеческих наставлений есть приписка матушки Ольги: «Милый Дарик, преогромное тебе спасибо за мед». Ласковое прозвище «Дарик», видимо, было уменьшительным от имени Феодор — «Божий дар». В семье Федора продолжали называть Дариком и тогда, когда он уже вырос, женился, воевал в рядах Белой армии. Из этой же приписки к письму ясно, что Федор тоже относился к своим домашним с нежной любовью — ведь он нашел возможность послать им мед в условиях войны. Вообще, все известные сведения об отце Николае Бирюкове и его домочадцах говорят о том, что они были истинными христианами и их лучшие качества с особенной силой проявились в годы революции и гражданской войны.
Октябрьский переворот разрушил устойчивый провинциальный быт Каменска. Отец Николай не скрывал своего отношения к начавшимся переменам: он призывал прихожан не поддаваться революционным страстям, не посещать митинги, не участвовать в демонстрациях во избежание соблазна и искушений, больше молиться и уповать на Бога. Несмотря на антирелигиозные запреты местных властей, отец Николай продолжал совершать богослужения.
7 апреля 1918 года, в праздник Благовещения Пресвятой Богородице, отец Николай в конце Литургии прочитал с амвона воззвание патриарха Тихона, напечатанное в «Церковных ведомостях». Прочитав послание и затем еще раз дневное Евангелие (от Марка, зачало 37-е), батюшка истолковал прихожанам прочитанные тексты. Он сказал, что патриарх Тихон призывает верующих сплотиться вокруг храмов Божиих, а, если потребуется, то и пострадать за свои убеждения. О том же говорилось и в евангельском зачале: Господь через Евангелие призывает христиан быть верными Ему, не страшась мук и самой смерти. В этот же день отец Николай был арестован представителями Каменского совета рабочих, солдатских и крестьянских депутатов и отправлен в Следственную комиссию революционного трибунала Екатеринбурга. Его обвинили в распространении «черносотенного воззвания патриарха Тихона». Рассмотрев дело священника и приняв во внимание, что «означенное воззвание исходило не лично от него, а лишь объявлено было им после Литургии», Следственная комиссия 10 июня 1918 года приняла постановление об освобождении отца Николая Бирюкова. С него была взята подписка не читать в церкви никаких брошюр и изданий без разрешения местного Совета. К радости насельниц монастыря и прихожан батюшка возвратился из заключения и продолжил свое служение.
Шла гражданская война. В своих проповедях о. Николай продолжал призывать прихожан к стойкости в вере, к усердной молитве и упованию на Бога. Своего сына, Федора, батюшка благословил служить в Белой армии.
24 июля 1918 года в поселок Каменский завод вступили части Белой армии под командованием подполковника Д. Н. Панкова. Целый год в поселке действовала старая волостная власть под руководством военного коменданта, назначенного белым командованием. После годичного правления в июле 1919 года власть белых в Каменске пала под натиском Красной армии. Начались репрессии со стороны красных, и обрушились они вновь прежде всего на духовенство.
Летом 1919 года в Каменский ревком стали поступать доносы на отца Николая.
«Прошу обратить особое внимание на монастырского священника Н. Бирюкова, который в личной беседе со мной не согласен ни в одном политическом вопросе и присутствовать на митингах он отказывается. О последствиях прошу уведомить политотдел 21 дивизии».
«Сегодня мне случайно удалось услышать от граждан завода Каменского, бывших у богослужения, что священник монастыря (как его фамилия, я не знаю) читал проповедь антисоветского характера, что является недопустимым. А потому, стоя на страже интересов трудящихся, прошу ревком принять против этого меры пресечения».
В августе 1919 года отец Николай был арестован во второй раз. В этот же день у него в доме был произведен обыск, в результате которого чекисты обнаружили личную переписку. Было найдено письмо к сыну Федору, занимавшему в Белой армии должность коменданта станции Богданович:
«Здравствуй, милый Дарик! Как здравствуешь и бьешь ли краснотряпичников, воров и жуликов? Я слышал, что ты берешь там на поруки незнакомых тебе лиц. Поберегись, брат. Милосердие — вещь хорошая и для тебя обязательная, но только там, где злодеяние преступника касается только тебя, тебе причиняется вред, но не там, где вред творится обществу, строю, государству. Припомни обличения Христа книжникам и фарисеям, которых Он, Всемилосердный, гневно величает змиями, порождениями ехидны за то, что они сбивали с пути истины весь еврейский народ. Он же употребляет насилие при изгнании торговцев из храма, опять-таки оберегая весь народ. Дави красных воров сильнее и берегись. Дай Бог тебе успеха и благополучия. Да хранит тебя Бог!».
На основании письма и двух доносов было принято решение о привлечении священника Бирюкова Николая Васильевича к ответственности «за погромную антисоветскую и антисемитскую агитацию». Причиной обвинения в антисемитизме послужила проповедь, сказанная на Евангельские слова: «Берегитесь закваски фарисейской и саддукейской». После толкования и объяснения евангельского текста отец Николай добавил: «Саддукеи учили, что нет воскресения мертвых. Ныне враги народа говорят открыто на митингах то же самое: нет воскресения мертвых, нет рая и ада, нет Бога». В заключение проповеди батюшка предостерег своих чад, чтобы они не посещали такие митинги во избежание соблазнов и искушений. Когда следователь попросил объяснить, кого подразумевает обвиняемый под «врагами народа», отец Николай сказал следующее: «Всех людей, которые идут против христианской Церкви, я называю врагами народа, а против таковой, главным образом, выступают евреи. В своей проповеди я указывал, что враги народа не только евреи, но все те, кто идет против христианской Церкви».
Одним из обвинений о.Николая был его отказ во время гражданской войны отпеть красноармейца. Свой отказ он мотивировал так: «Смерть его никем не засвидетельствована. Кроме того, я не приходской священник, а монастырский. Таковых же лиц я считаю отлученными от Церкви за те выступления, кощунства, избиения священников, осквернения храмов, что делали красноармейцы в прошлом году». Хотя убитый красноармеец и принадлежал по рождению к Православной Церкви, но участие в братоубийственной междоусобице, в попрании святынь, в кровавых расправах подводили его под анафематствания Поместного собора. Отказавшись отпеть красноармейца, о.Николай не нарушил никаких канонических правил.
До последней минуты отец Николай твердо держался православной веры и не падал духом. Постановлением Екатеринбургской губернской чрезвычайной комиссии «за антисоветскую и антисемитскую агитацию» священник Николай Бирюков был приговорен к высшей мере наказания.
Расстрелян 2 сентября 1919 года в Екатеринбурге.