Родился 26 июля (8 августа) 1903 году в селе Обуджи (ныне Цаленджихский район Грузии).

Окончил Кутаисскую дворянскую гимназию, считавшуюся лучшим учебным заведением Грузии. Уступив настоянию родителей, поступил в 1921 году на физико-математический факультет Тбилисского университета, но уже через год оставил учебу ради литературной деятельности. Сблизившись с грузинской группой ЛЕФа, девятнадцатилетний юношазаявил о себе как о поэте. Революционную поэзию Николая Шенгелая охотно публиковали лефовские издания и газеты «Дроули» и «Комунисти».

По некоторым свидетельствам, отец Николая, желая образумить сына, увлекшегося несерьезным делом, устроил его на службу в одну из подчиненных ему таможен на границе с Турцией. Новоиспеченный таможенный чиновник не отличался служебным рвением, а отчет о проделанной работе прислал начальству… в стихах.

В 1923–1924 годах работал в торговом флоте. Но все попытки вернуться на «солидный» путь не увенчались успехом.

В 1924 году в журнале «Мнатоби» («Светоч») поэт С. Чиковани писал: «Революционная поэзия дала Н. Шенгелая главный образец. Он создал стихотворный походный такт, который до него не знала грузинская революционная поэзия». Познакомившись в 1924 году с Маяковским, Шенгелая стал одним из первых его переводчиков на грузинский язык. На будущего режиссера сильно повлияло творчество и сама личность выдающегося поэта.

Тем не менее, главным делом своей жизни Шенгелая считал не поэзию. Его, прежде всего, занимали яростные споры «на злобу дня», постоянно разгоравшиеся среди лефовской молодежи, выходящие иной раз из кабинетов прямо на улицы Тбилиси. Азартный темперамент, страстность, присущие натуре Шенгелая, делали его одним из самых ярких лефовцев, которых волновали пути развития грузинского искусства. Именно участники ЛЕФа стали позднее теми, кто принципиально обновил кинематограф Грузии.

Не думавший поначалу о кино Николай Шенгелая оказался одним из первых в этом деле. «Приход Шенгелая в киноискусство на самом деле был случайным. Начинающий поэт, страстный поклонник и первый переводчик на грузинский язык Маяковского, ярый участник литературных диспутов левых объединений, Шенгелая забрел в кинематограф „на огонек“ и… остался в нем, зачарованный гипнотической силой этого удивительного искусства», — писал о нем Константин Церетели.

Став учеником знаменитого Котэ Марджанишвили, Шенгелая работал в его киногруппе на съемках революционной ленты «Буревестники» (1924), а в 1926 году написал сценарий для его фильма «Мачеха Саманишвили». На исторической драме Юрия Желябужского «Дина Дза-Дзу» (1926) Шенгелая был ассистентом режиссера.В соавторстве с С. Клдиашвили написал сценарий к драме Ивана Перестиани «В трясине» (1927).

Первой режиссерской работой Шенгелая (совместно с режиссером Л. Пушем) стала драма «Гюлли» (1927) по мотивам повести Шио Арагвиспирели. Сценарий писали Шенгелая, Пуш и Михаил Калатозов. Антирелигиозная тема, заявленная в сценарии, была почти вытеснена семейной драмой. При этом критика отмечала поиски новой художественной формы в картине.

На съемках фильмаШенгелая встретился с актрисой Натой Вачнадзе и вскоре женился на ней. «Он глубоко понимал искусство и радовался каждому его талантливому проявлению. ‹…› Я относилась к нему, как к режиссеру моей жизни, ибо всем, что позднее было достигнуто мной в искусстве, я считаю себя обязанной ему, человеку, который не примирялся с поражениями ‹…› и самое высокое наслаждение наводил в творческом, созидательном труде на благо народа», — вспоминала актриса.

В 1928 году Шенгелая снял фильм «Элисо», сценарий которого написал с Сергеем Третьяковым.«Элисо» (экранизация повести А. Казбеги) — одно из крупнейших произведений немого кино. В отличие от произведения Казбеги, где основной линией была история двух влюбленных, грузинского горца Важиа и чеченки Элисо, авторы простроили сюжет на перипетиях борьбы «коллективного героя» — населения аула — с режимом. Критика называет картину одним из самых красивых советских фильмов, а Шенгелая — новым мастером советской режиссуры. В 1929 году показ «Элисо» с успехом прошел в Нью-Йорке под названием «Кавказская любовь».

В двадцатые годы Шенгелая, работая на студиях «Межрабпомфильм» и «Грузия-фильм». Параллельно он прослушал курс лекций Льва Кулешова в лектории при Госкинопроме Грузии.

Большое значение Шенгелая придавал мастерству сценариста. «Хорошо сделанный сценарий — уже большая часть работы. Такое значение сценария ставит перед писателем серьезную задачу изучить этот особый жанр — сценарную драматургию. Писатель должен вплотную подойти к киноискусству, изучить его специфику, условия, в которых создается фильм», — писал он.

В 1931 году Шенгелая попробовал себя в качестве актера в картине «Златые горы» режиссера Сергея Юткевича. Его небольшая роль бакинца оказалась, тем не менее, выразительной: «Те, кто видели „Златые горы“, конечно, запомнили сумрачный, сосредоточенный взгляд огромных черных, как маслины, глаз… ‹…› и затем всплеск эмоций и его длинные, худощавые, мускулистые руки, вскинутые над головой, призывающие к восстанию», — вспоминал Юткевич.

Шенгелая был одним из режиссеров, приглашенных в Баку для оказания помощи вразвитии местного кинематографа. В 1932 году на студии «Азеркино» он поставил «Двадцать шесть комиссаров» — историю об установлении Советской власти в Азербайджане и казни комиссаров, вошедших в число героев советского пантеона.По свидетельству Наты Вачнадзе, Шенгелая скрупулезно изучал документы и периодику тех лет, чтобы добиться наибольшей точности.Фильм, однако, интересен прежде всего с точки зрения киноискусства, а не исторической достоверности. Критика отмечала образ революционной массы на экране, ставшей проводников идей и настроений главных героев.

В 1933 году Шенгелая увлечен сценарием «Поднятая целина» по роману Михаила Шолохова. Ему хотелось перенести книгу на экран как эпическое произведение, не выделяя ничьих судеб, не выводя на первый план никого из героев.Судя по всему, в картине, впервые в творчестве Шенгелая, предполагалось использовать звук. Сценарий был завершен, и 20 февраля 1934 году Шенгелая получил указание от Госкинпрома Грузии осуществить постановку картины совместно с Московским кинокомбинатом. 11 апреля того же года неожиданно поступило распоряжение о прекращении работ над фильмом без объяснения причин.

В 1935 году режиссеру присвоено звание Заслуженного деятеля искусств РСФСР.

В 1937 году Шенгелая поставил драму «Золотистая долина» о непростом пути коллективизации и борьбе за новую жизнь в грузинском селе. За исполнение роли молодой колхозницы Нани в этом фильме Ната Вачнадзе получила в 1941 году Сталинскую премию II степени.

В фильме «Родина» (1939) Шенгелая отдал дань «шпионско-диверсантскому» направлению в кино, показав, однако,историю разоблачения иностранного шпиона не как захватывающееприключение, а как психологическую драму.

Задуманный в том же году фильм об истории большевистских организаций Закавказья не был воплощен.

В 1941 году фильмы Шенгелая «Элисо» и «Золотистая долина» стали лауреатами Сталинской премии II степени.

С началом войны Шенгелая начал добиваться отправки на фронт, но по здоровью ему было отказано. Он вступает в истребительный батальон при киностудии, снимает короткометражный фильм о борьбе с фашистскими захватчиками «В черных горах» (1941) и приступает к работе над картиной «Он еще вернется» о патриотизме тружеников тыла и советских солдат. Во время съемокрежиссер не перестает подавать заявления об отправке на фронт, но каждый раз получал отказы.

Николай Шенгелая умер от инфаркта 4 января 1943 года за рулем грузовика, который он вел в Тбилиси из очередной киноэкспедиции.