Знаменитый советский математик и физик-теоретик, основатель научных школ по нелинейной механике и теоретической физике родился в семье нижегородского профессора-протоиерея и преподавательницы музыки. Его два младших брата тоже стали крупными учёными, в области математики и языковедения. Получив домашнее образование, Николай Боголюбов знал около десятка языков и обладал университетскими познаниями в математике и физике. В 1924 году он написал свою первую научную работу. А ещё через год 16-летний вундеркинд по особому решению Укрглавнауки (семья в то время проживала в Киеве) был зачислен аспирантом кафедры математики. Так юноша, не имевший ни аттестата, ни диплома, стал в 19 лет кандидатом, а в 21 год — доктором математики и лауреатом премии Болонской академии.

С 1934 по 1959 год Боголюбов преподаёт в Киевском университете, а в годы войны, в эвакуации, становится профессором физического факультета МГУ, возглавив исследования в области статистической физики, квантовой теории поля, классической механики и теории сверхтекучести.

Включённый в состав разработчиков атомного оружия, он возглавил в Арзамасе-16 математический отдел. С 1956 года академик Боголюбов работал в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне (с 1965 по 1988 год — директором), а с 1983 по 1988 год возглавлял МИАН. Одновременно он занимался преподаванием, до конца жизни заведуя основанной им кафедрой квантовой статистики и теории поля физфака МГУ.

Универсальная эрудиция академика Боголюбова выходила далеко за рамки математики и физики: трудно назвать область, в которой он не достиг бы впечатляющих познаний. Активное участие в научной и общественной жизни СССР не мешало Николаю Николаевичу оставаться глубоко религиозным и воцерковлённым человеком. В 1989 году его стараниями верующим Дубны был возвращён храм Похвалы Пресвятой Богородицы, находившийся в собственности ОИЯИ.