Николай Богданов-Бельский родился 20 декабря (8 по старому стилю) 1868 года в деревне Шитики Бельского уезда Смоленской губернии Российской империи. Он был байстрюком – внебрачным сыном местной батрачки. Фамилию Богданов, Николаю дал крестивший его священник – «Богом данный». Позже художник присоединил к фамилии название уезда, где располагалась его деревня.
Учился Николай в местной церковно-приходской школе. Позже прошёл обучение в художественном классе школы для батраков Сергея Александровича Рачинского в селе Татеве. В 1882 году Рачинский отдал Николая в иконописную мастерскую Троице-Сергиевой лавры, а в 1884 году отправил в Московское училище живописи, ваяния и зодчества (МУЖВЗ), где его учителями стали В.Е. Маковский, В.Д. Поленов, И.М. Прянишников. В 1889 году за картину «Будущий инок» Богданов-Бельский получил большую серебряную медаль и звание классного художника. В 1894–1895 годах Николай прошёл обучение живописи в Высшем художественном училище при Императорской Академии художеств у И.Е. Репина, затем он посещал в Париже студию Филиппо Коларосси, Фернана Кормона, а также работал в Мюнхене и Италии. В 1905 году ему было присвоено звание академика.
С 1897 году Николай жил в Петербурге (Петрограде). В 1888–1889, 1891 годах он совершил поездки в Константинополь и на Афон, а в 1893 году – в Крым. После 1896 года Николай регулярно выезжал для работы в село Татево в Смоленской губернии, где имел собственную мастерскую. С 1895 года Богданов-Бельский был членом Товарищества передвижных художественных выставок (ТПХВ). С 1907 по 1920 год он работал на Академической даче художников в Вышневолоцком уезде Тверской губернии. Николай был членом и одним из основателей, а с 1913 по 1918 год председателем, Общества художников имени Архипа Куинджи. В 1914 году Богданов-Бельский стал Действительным членом Академии художеств.
После Октябрьской революции, в 1920 году Николай Петрович эмигрировал в Латвию. В 1930 году он стал почётным членом (почётным филистром) студенческой корпорации Fraternitas Arctica в Риге, а также его наградили орденом «Три звезды».
Во время Великой Отечественной войны Богданов-Бельский был в оккупированной германцами Латвии и плодотворно работал, исполняя портреты как местных жителей, так и оккупантов. Он был автором ряда портретов высокопоставленных немецких генералов и даже Гитлера, которые висели в кабинетах чиновников, представлявших оккупационные власти в Латвии. В новогоднем выпуске профашистской газеты «Русский вестник», выходивший в оккупированной Риге с 1943 по 1944 год, печатались поздравления от Николая Богданова-Бельского восславляющие немцев. В 1944 году Богданов-Бельский сильно занемог и лечился в берлинской клинике, куда его увезла жена, немка Антонина Максимилиановна Эрхард, в браке они были с 1932 года. Это решение оказывается роковым. Здесь он напишет свою последнюю работу – портрет дочери врача-анестезиолога и проживёт всего несколько дней после операции. Богданов-Бельский работал преимущественно как жанровый художник, хотя в его творческом наследии есть пейзажи и портреты. Его стиль жанровой живописи сложился в 1890-х годах. Для картин Богданова-Бельского характерны сдержанный колорит, композиционная ясность, внимание к деталям. Его самые известные произведения посвящены народному образованию – например, «Устный счёт», «Сочинение», «Воскресное чтение» и другие. В эмиграции тематика его работ претерпела незначительные изменения, Николай Петрович продолжал создавать картины, посвящённые крестьянским детям, а в творческой манере появились черты импрессионизма.
С 1890 года (до 1918, с перерывами) Николай Богданов-Бельский принимал участие в выставках ТПХВ. Он участвовал в Первой Государственной свободной выставке произведений искусств в Петрограде в 1919 году. В 1921 году в Петрограде состоялась первая персональная выставка Богданов-Бельского. В 1921–1922 годах прошла его вторая персональная выставка в Городском художественном музее Риги. Богданов-Бельский экспонировал свои работы на выставках русского искусства в США и Канаде (1924–1925), Копенгагене (1927), Праге (1928), Осло (1928) и на Международной выставке современной живописи в Питтсбурге (1925). В 1941 году его работы выставлялись на первой выставке изобразительного искусства уже в Советской Латвии.
Произведения Богданова-Бельского находятся во многих музейных коллекциях, в том числе в Государственной Третьяковской галерее, Государственном Русском музее, Таганрогском художественном музей, Пражской национальной галерее, Латвийском Национальном художественном музее, Государственном художественном музее (Ханты-Мансийск), Восточно-Казахстанском областном музее изобразительных искусств имени семьи Невзоровых, Сумском художественном музее имени Никанора Онацкого, Музее русского импрессионизма и в ряде других музеев. Потомки Богданова-Бельского хранят в Германии большую коллекцию его архивов и картин.
Николай Богданов-Бельский умер 19 февраля 1945 года в Берлине. Похоронен на Русском православном кладбище «Тегель» в Берлине.
