Будущий художник родился 1 мая 1875 года в городе Елец. В 1887 году окончил елецкую церковно-приходскую школу. Учился в иконописной мастерской на Первой Мещанской улице (1888 г.), Московском училище живописи, ваяния и зодчества (1889—1901 гг.) и в мастерской В. А. Серова (1899—1902 гг.).
В 1901—1903 годах выполнял обязанности помощника в мастерской В. А. Серова и К. А. Коровина. Преподавал в Мясницком казённом училище (с 1901 г.), в школе художницы Е. Н. Званцевой (1901—1906 гг.), в собственных Классах живописи и рисования для начинающих (1901—1907 гг.), в Строгановском училище (1915—1918 гг.), в Первых государственных свободных художественных мастерских (1919—1920гг.), во ВХУТЕМАС (1920—1921 гг.), в Пречистенском практическом институте (1919—1921 гг.), в школе для одарённых детей в Больших Вяземах под Москвой (1920—1921 гг).
В 1942—1943 годах преподавал в Московском художественном институте им. В. И. Сурикова, находящемся в эвакуации в Самарканде. В 1943—1945 годах руководил портретным отделением Московского художественного института.
Член Московского товарищества художников (1902—1912), «Союза русских художников» (1911—1923), объединений: «Мир искусства» (1913—1920), «Четыре искусства», «Жар-цвет» (1925). Член-корреспондент Академии художеств СССР (1949).
В середине 1900-х годов Николай Ульянов увлекся театром. В 1905 году он был привлечен к работе в Студии на Поварской. Художник разработал декорации к спектаклю «Шлюк и Яу» по пьесе Г. Гауптмана, а также эскизы к спектаклю «Продавец солнца».
К сожалению, Студия на Поварской так и не открылась, но зато во время работы в ней Николай Павлович познакомился с режиссером Всеволодом Мейерхольдом, о котором сохранил самые яркие впечатления. К совместной работе Мейерхольд привлек художника в 1928 году, поручив Ульянову разработать эскизы костюмов к спектаклю «Горе уму».
Николай Ульянов был замечательным живописцем, написавшим запоминающиеся портреты известных деятелей литературы и искусства. Он создал целых три портрета Мастера:
1. «В.Э. Мейерхольд в роли Пьеро». («Балаганчик» А.Блока), 1908 год. Холст, масло. Музей-квартира А. А. Блока, Санкт-Петербург.
2. «Портрет В.Э. Мейерхольда». 1906-1907 гг.. Холст на бумаге, масло. Театральный музей Бахрушина. (источник фото — hudotdel.eletsmuseum.ru/работы-наш…)
3. «Телефонный разговор. Всеволод Мейерхольд», 1929 год. Бумага, графитный карандаш, тушь, кисть. Частное собрание.
