У 1907 році він закінчив комерційне училище в Полтаві і в тому ж році на конкурсній основі вступив до Київського політехнічного інституту на сільськогосподарське відділення. У 1911 році Микола Олександрович закінчив Київський політехнічний інститут за фахом учений-агроном 1-го розряду і його зараховують практикантом Мінської болотної дослідної станції, а також спеціалістом-агрохіміком Департаменту землеробства при Ризькому політехнічному інституті.
Микола Олександрович поглиблено вивчав вітчизняний і зарубіжний досвід культури боліт та луківництва. Під час тривалого закордонного відрядження у 1912 році він знайомився з діяльністю дослідних станцій із цих питань у Швеції, Данії та Німеччині.
У 1915 році Департамент землеробства відряджає його як старшого фахівця сільськогосподарської частини до Рязані завідувачем курсів із підготовки майстрів культури боліт і луківництва.
З березня 1919 року наукова діяльність Миколи Тюленєва була пов’язана з Україною. У цьому ж році його призначають старшим фахівцем із культури боліт губернського земельного відділу у Києві і помічником директора товариства «Торф» (м. Проскурів).
За його участю здійснено організацію всіх болотних дослідних установ в Україні. Він особисто заснував Козаровицьку лучну та Сагайдацьку зрошувальну дослідні станції.
З квітня 1923 року наказом Наркомзему України його призначають директором Рудня-Радовельської болотної дослідної станції. Одночасно за сумісництвом він читає курс лекцій про культуру боліт і луківництва у Київському сільськогосподарському інституті. На Рудня-Радовельській станції він займався питаннями осушення й сільськогосподарського освоєння торфово-болотних ґрунтів.
За роки роботи на станції Микола Олександрович опублікував низку наукових праць: «История возникновения, задачи, программа и первые достижения Рудня-Радовельской болотной опытной станции» (1926), «Результаты агрокультурных опытов и анализ их» (1927), «Итоги работы Рудня-Радовельской болотной опытной станции в 1923–1926 годах» (1927).
З доповіддю про роботу Рудня-Радовельської дослідної болотної станції він виступив на 1-й нараді луговодів-дослідників при Державному луговому інституті ім. проф. В. Р. Вільямса у Москві.
Роботи, проведені на Рудня-Радовельській дослідній болотній станції, були покладені в основу освоєння боліт України. На посаді директора він перебував із моменту організації станції і до перенесення її із зони Полісся у лісостепову зону, тобто до липня 1932 року.
З 1930-го по 1934 рік М. О. Тюленєв був дійсним членом Вищої науково-технічної ради Наркомзему України з розгляду проектів меліорації по осушенню і зрошуванню осушених масивів.
У 1930 році він захистив кандидатську дисертацію на тему «Вирощування цукрових буряків на торфових ґрунтах УРСР», а в 1940 році — докторську дисертацію на цю ж тему.
З 1932-го по 1941 рік Микола Олександрович працював старшим науковим співробітником і науковим керівником болотної дослідної мережі Українського науково-дослідного інституту гідротехніки і меліорації. До всього з 1939 року до середини 1941 року він був членом експертно-технічного бюро НКЗ України з розгляду проектів меліоративно-гідротехнічного будівництва.
У період 1940–1941-го і в 1943–1947 роках Тюленєв працював на посаді декана, завідувача кафедри Київського гідромеліораційного інституту. У цьому інституті він читав спеціальні дисципліни: луківництво і культура луків; болотоведення; насінництво і селекція лугових трав; дослідна справа.
Під час окупації Микола Олександрович продовжував проведення досліджень за відповідною програмою і тематикою Панфільського дослідного болотного поля у місті Яготин Київської області, затвердженою у 1941 році Українським науково-дослідним інститутом гідротехніки і меліорації, що дало змогу зберегти повну спадкоємність для проведення подальшої дослідної роботи.
У 1948 році його обрали членом-кореспондентом Академії наук УРСР. З 1949-го по 1955 рік Тюленєв працював старшим науковим співробітником і завідувачем лабораторії Інституту фізіології рослин і агрохімії АН УРСР.
Рішенням Вищої атестаційної комісії при Міністерстві вищої освіти СРСР йому було присвоєно вчене звання професора за спеціальністю «агромеліорація». Протягом 1956–1961 років він працював в УНДІ гідротехніки і меліорації на посаді завідувача відділу освоєння заплавних земель.
З 1962-го за станом здоров’я він перейшов на посаду старшого наукового співробітника відділу освоєння Українського науково-дослідного інституту гідротехніки і меліорації. З 1964-го по 1969 рік М. Тюленєв був науковим консультантом відділу освоєння заплавних земель цього інституту.
Микола Олександрович Тюленєв був і залишається визнаним авторитетом серед відомих меліораторів у галузі освоєння осушених земель. Ним було розроблено методику дослідної справи на торфових ґрунтах, яка знайшла застосування у всесоюзному масштабі, підготовлено численні кадри агромеліораторів і кандидатів наук. Багатьом молодим спеціалістам він відкрив шлях у науку.
У процесі науково-виробничої діяльності Микола Олександрович брав безпосередню участь у розробці питань із підготовки урядових постанов у галузі освоєння болотних земель України, з проблем Великого Дніпра, Українського Полісся та інших.
Наукова діяльність Миколи Тюленєва широко відома, його праці вивчають учені та спеціалісти сільськогосподарського виробництва. Він був не тільки талановитим дослідником, а й пристрасним пропагандистом досягнень науки. Протягом свого творчого наукового життя він дбав про підтримку тісного зв’язку науки з виробництвом. Ім’я видатного меліоратора назавжди залишилось в історії вітчизняного агрознавства.