Родился в семье священника Нижегородской губернии. В 1886 году окончил Лысковское духовное училище, в 1892 году Нижегородскую духовную семинарию и в 1896 году Московскую духовную академию со степенью кандидата богословия.
С 1896 года преподаватель в церковно-приходской школе села Высоково Балахнинского уезда Нижегородской губернии, с 1897 года преподаватель Закона Божия, географии, русского языка и дидактики в Нижегородском женском епархиальном училище, с 1900 года преподаватель логики, психологии и истории философии в Нижегородской духовной семинарии.
31 марта 1900 года в МДА защитил магистерскую диссертацию на тему «Теизм и пантеизм», получившую в 1901 году премию митрополита Макария.
С 1902 года надворный советник, с 1905 года коллежский советник. В 1906—1909 годах главный редактор Нижегородского церковно-общественного вестника.
С 1909 года - иерей, законоучитель в Нежинском историко-филологическом институте князя Безбородко. С 1913 года профессор богословия и настоятель домового храма Императорского университета Святого Владимира в Киеве.
15 октября 1917 года советом МДА ему присуждена степень доктора богословия за сочинение «Философия религии».
С 1918 года - протоиерей; с 1919 по 1922 год - настоятель храма Рождества Пресвятой Богородицы в селе Великая Круча Пирятинского уезда Полтавской губернии, с 1923 года - ключарь Покровского храма на Приорке в Киеве.
С 1925 года настоятель храма Всемилостивого Спаса в Нижнем Новгороде, председатель Нижегородского епархиального совета.
В 1928 году без предъявления обвинения заключён в тюрьму на Арзамасском шоссе. Семью лишили квартиры, и матушка Ольга Николаевна с сыновьями Алексеем и Михаилом вынужденно поселились на хорах Спасской церкви. Старший сын, Николай, жил и работал в это время в Киеве, в Академии наук; ежемесячно он посылал семье деньги от своего жалованья доктора математики. По совету митрополита Сергия (Страгородского) он ходатайствовал за отца перед руководителем ОГПУ В. Менжинским, и в августе 1931 года о. Николая выпустили на свободу. Из заключения он вышел тяжелобольным, но до своей кончины продолжал служение в нижегородской церкви Всемилостивого Спаса, работу над рукописями своих книг.
Скончался митрофорный протоиерей и профессор Николай Михайлович Боголюбов 13 мая 1934 года, на 62-м году жизни. Заупокойная литургия и священническое отпевание произошло в Спасской церкви, службу возглавил митрополит Сергий (Страгородский).
Похоронен о. Николай за алтарём храма на Бугровском кладбище Нижнего Новгорода.
