Родился 20 ноября 1873 года в Костроме в мещанской семье. Учился в Училище живописи, ваяния и зодчества в Москве.
За дипломную работу «Неизвестный» (1900) был награжден большой серебряной медалью. В 1901 году поступает в Высшее художественное училище при Петербургской Академии художеств в мастерскую профессора В.Е.Маковского. Мастер портрета, пейзажа и жанровых полотен. За конкурсную работу «Беспутный» (1904) получает золотую медаль и командировку за границу.
Основал в Костроме художественное училище и преподавал в нем (1905-1952), организатор и председатель КОАХРР в 1926 г. В 1960 году на базе училища был создан художественно-графический факультет Костромского педагогического института имени Н.А. Некрасова (ныне – Костромской государственный университет).
Участник выставок: Товарищества передвижных художественных выставок (1900-1903, 1917, 1922), АХРР (1925, 1926), КОАХРР (1926, 1927, 1928), Всесоюзной (1946). Персональные: Москва, 1935; Иванова, 1936; Ярославль, 1940; Кострома, 1941, 1952. Член Союза художников СССР с 1933г. Заслуженный деятель искусств РСФСР. В Костроме имя Н.П. Шлеина носит художественная школа №1.