Родился в мещанской семье 20 ноября 1873 года в Костроме. Его отец, Павел Петрович, прослужив 15 лет в армии, незадолго до рождения сына вышел в отставку и числился отставным унтер-офицером резервного пехотного батальона. Мать, Агния Васильевна, родом из Нерехтского уезда, — малограмотная и очень набожная женщина. Семейство среднего достатка сдавало большую часть своего двухэтажного дома внаем и жило, в основном, на средства, получаемые от квартиросъемщиков. Жизнь они вели расчетливую, к чему с детства старались приучить и своего сына.
Начальное образование Николай Шлеин получил в частной школе Е.Н.Филиповой, затем родители отдали его в реальное училище. Учился юноша посредственно. Однако учитель рисования реального училища Рафаил Семенович Сорокин заметил у Николая способности к изобразительному искусству. Он-то и рекомендовал отцу Николая послать сына учиться в Москву на художника. Отец хотел для сына иной судьбы, он мечтал, чтобы сын получил финансовое образование, чтобы он стал приказчиком или владельцем какой-нибудь мастерской. Но все же к рекомендации учителя прислушался и отпустил своего пятнадцатилетнего отрока учиться в Москву.
Первая попытка поступить в Московское училище живописи, ваяния и зодчества обернулась для Николая неудачей. «Из рисования экзамен я не выдержал, при всех науках выдержал, но рисование погубило меня, я не принят», — пишет он домой. Он просит отца: «Если вы любите меня, то… умоляю вас, не берите меня в Кострому, дайте мне возможность избавиться от насмешек людей, окружающих вас, верьте мне, что я приложу старания и стану заниматься усердно». Отец предупредил Николая, что материальная помощь будет скудная. На второй год, в июне 1889 года, Шлеин успешно сдает экзамены в художественное училище. «Экзамен я выдержал как по наукам, так и по рисованию», — радостно сообщает он домой. Поступить в училище живописи, ваяния и зодчества было нелегко: было подано сто двадцать заявлений, а приняли всего лишь восемнадцать человек.
Учеба Николая в училище с первых дней шла успешно. Уже на втором месяце обучения его из оригинального класса переводят в головной класс. Родительская помощь из дома невелика. Ее едва хватает на пропитание. В 1892 году Николай Шлеин, еще ученик, выполняет рисунок «Кисть руки». Считается, если художник умеет писать кисть, то это академический художник. За «кисть руки» он получает премию П.М.Третьякова и его освобождают от платы за обучение. Первый свой заработок Шлеин получает от частных уроков. Учитель Шлеина К.А.Савицкий разрешает Николаю в свободное время, вечерами, проводить частные уроки: готовить учеников для поступления в Московское художественное училище.
В 1898 году он заканчивает училище и получает звание не классного художника. «Теперь окончил школу и могу самостоятельно работать, — пишет он матери. — Две картины приняли на выставку Товарищества московских художников, которая откроется в Петербурге».
В следующем году после окончания училища молодого художника приглашает в свою портретную мастерскую В.А.Серов. По рекомендации Серова Шлеин начал писать портреты представителей высшего света Москвы и С.-Петербурга и богатых меценатов. Теперь он пишет матери, что имеет заработок и может сам приобретать себе одежду и материалы для работы. Тогда материально Шлеин встал на ноги. Картина Шлеина «Меценат», которая впервые экспонируется на выставке в Дворянском собрании (из частной коллекции А.И.Бузина), навеяна новыми мыслями и чувствами художника. Меценат в антракте подходит к балерине. Кланяется. Его шляпа снята. Ранее художник писал крестьянский быт. Теперь же посещение театров, общение с состоятельной публикой формируют новое мировоззрение художника.
После окончания училища Николай Павлович решает продолжить свое художественное образование и в 1901 году поступает в Питерскую академию художеств, в мастерскую профессора В.Е.Маковского. Тот рекомендует Шлеину досрочно выйти с картиной «Бессмертный» на конкурс. (Эскиз дипломной работы и этюды экспонируются в Дворянском собрании.) Картина удостаивается золотой медали и высшей награды — заграничной командировки. Для сбора материала для картины он не раз выезжал в Кострому.
В Академии художеств были открыты высшие педагогические курсы. Он заканчивает курсы и получает свидетельство, которое дает ему право во всех городах России преподавать рисование и чистописание в гимназиях и училищах. Шлеин пишет матери: «Я не случайно пошел на эти курсы. Мне бы хотелось в нашем городе Костроме открыть частную школу». Блестяще окончив академию, Н.П.Шлеин имел возможность остаться там преподавать, но он едет в Кострому. В 1904 году в Костроме Шлеин открывает художественные классы рисунка, живописи и лепки, преподает в реальном училище, мужской гимназии.
Школа размещалась в отцовском доме Шлеина. В 1908 году Николай делает набросок нового дома с башенкой. А в 1910 году возле старого дома Шлеина был построен новый дом по проекту самого Шлеина. В новом доме он живет и занимается с дипломниками. А классы основной школы находились в старом доме. Школа Шлеина считалась одной из ведущих школ России. Уже к 1924 году она имела три основных курса, по окончании которых учащиеся получали звание учителя рисования.
К нему ехали учиться из Сибири и Урала. Николай Павлович был требовательным учителем. Если видел, что ученик посредственный, выгонял из школы. Он взрастил плеяду известных художников.
Николай Павлович был приверженцем классического искусства. В 30-е годы его пригласили преподавать в Академию художеств. Шлеин приехал в Ленинград, посетил академию, попал на этюд к М.С. Колесову. М.С.Колесов в мастерской работал над картиной, где на полотне были изображены куб и прут. Пропаганда новых веяний в искусстве, кубические постановки — дань тому времени. Художник раскрашивал куб в зелено-синие тона. «Что вы делаете?» — спросил Шлеин. «Строю новую форму», — ответил Михаил Сергеевич. Шлеин пришел к ректору академии и заявил, что ему здесь нечего делать. Такого искусства он не признавал.
При Высшей Московской школе Шлеин был авторитетом. В 1936 году его пригласили на Академическую дачу в Краснодар, чтобы учить основам изобразительного искусства ведущих советских художников. Там среди учеников Шлеина были Кукрыниксы.
После смерти Серова он — один из ведущих мастеров портрета. Николай Павлович получает заказы на портреты от императорской семьи. Пишет портреты великих людей России: Горького, Луначарского, Демьяна Бедного, Новикова-Прибоя. Не все работы Шлеина озарили лучи славы. Ряд работ художника был уничтожен. А портрет Д.Бедного переименован в мужской портрет и не появлялся на выставках долгое время. Причина тому: Д.Бедный попал в немилость к Сталину после написанного им либретто к опере.
Портрет Луначарского Шлеин писал в 1919 году. Тогда Луначарский на два дня приезжал в Кострому. Он посетил дом Шлеина, в своей мастерской художник его и написал.
Портрет Горького Шлеин пишет за границей. В 1910 году он едет за границу для изучения лучших собраний западно-европейского искусства. Он посещает Варшаву, Вену, Венецию, Флоренцию, Рим, Неаполь, Капри. В Риме Шлеин встречается с группой русских художников, с которыми едет на остров Капри, где тогда жил М.Горький. Там, на Капри, Шлеин написал портрет Горького. Кстати, портрет Горького писали и Репин, и Серов, и Бродский. Однако портрет кисти Шлеина был признан лучшим не только из-за поразительного сходства — Шлеин сумел разглядеть душу писателя. Горький симпатизировал Шлеину: «Мы с тобой братья, мы с тобой волжане, — говорил ему Горький. — Пойдем к берегу Неаполитанского залива и поговорим о Волге». Портрет Горького, написанный Шлеиным, вошел во все энциклопедии, а оригинал хранится в музее Горького в Москве.
На жизненном и творческом пути художника были и взлеты, и тревоги, и несчастья. В Плесе в 1912 году утонула его дочь Наташа. Случилось это, когда отец с дочерью садились на пароход. Девочка поскользнулась, упала в воду и утонула. Николай Павлович с супругой больше детей не завели. Жена, Лидия Константиновна, была его верным помощником. Завуч школы, она скрупулезно вела дела и протоколы, оставив огромный документальный материал для потомков.
Черноглазая, темпераментная красавица из цыганского племени (потрет жены есть на выставке) покорила сердце художника. Супруга ушла из жизни раньше него. Доживал свой век художник в одиночестве. Ухаживала за больным художником воспитанница по художественной школе. Шлеин завещал ей свой дом. Однако она не являлась прямой наследницей, и правление Союза художников распорядилось дом Шлеина забрать под мастерские, обжаловав права в суде.
К сожалению, дома-музея Шлеина в Костроме до сих пор нет, хотя решение о его создании принималось дважды — в 1973 и 1978 годах.
А в 1985 году в Костроме состоялось открытие зональной выставки художников Нечерноземья, и начальству не хотелось, чтобы дом Шлеина увидели в полуразрушенном состоянии (верхняя часть дома пострадала от пожара), поэтому его приказали разобрать, несмотря на то, что культурная общественность города была против.