Николай Балакирев родился 1 января 1947 года в селе Горское, Татарстан. Окончил Казанский ветеринарный институт. С 1975 года по 1987 годы работал старшим методистом, ассистентом, доцентом кафедры животноводства альма-матер.
С 1988 года по 1995 годы заместитель директора по научной работе, а с 1995 года по 2007 годы - директор НИИ пушного звероводства и кролиководства имени В.А.Афанасьева.
В 1992 году защитил докторскую диссертацию. В 1995 году ему присвоено ученое звание профессора.
С 2007 года и по настоящее время - проректор по науке и инновациям Московской государственной академии ветеринарной медицины и биотехнологии имени К.С.Скрябина. В 2005 году избран академиком РАСХН. В 2013 году стал академиком РАН.
С 2014 года заведущий кафедрой мелкого животноводства МГАВМиБ, а до того заведовал присоединенной к ней в том году кафедрой звероводства и кролиководства.
Видный ученый в области кормления, кормоприготовления, совершенствования и создания новых технологий в клеточном пушном звероводстве.
Автор разработки кратности и периодичности кормления норок в зверосовхозах России, использования уксусной и ортофосфорной кислот в качестве консервантов в рационах норок. Установил влияние на рост и качество шкурок норок, лисиц и кроликов антиоксидантов, цеолитов, бифидумбактерина, витаминного премикса и определил оптимальную дозу их включения в рационы. Является одним из разработчиков полноценного комбикорма для пушных зверей; использования рапсового масла, бишофита, мицелия гриба Asp. niger, отходов производства пенициллина и тетрациклина в рационах пушных зверей.
Опубликовано свыше 400 научных трудов, в том числе более 30 книг, из них 5 монографий. Имеет 15 авторских свидетельств и патентов на изобретения. Ряд трудов опубликован за рубежом.