Родился в Козьмодемьянске Казанской губернии, русский. Учился в гимназии, сразу после окончания которой был призван в армию. Участвовал в Первой мировой войне, а также в Гражданской войне на стороне Красной армии. С 1919 состоял в ВКП(б). После войны был послан в Москву на высшие военно-политические академические курсы. Служил в частях Московского военного округа. В 1926 вместе с женой переехал в Ленинград, где занимал должность начальника Военно-учебных заведений по Ленинградскому военному округу. Проживал по адресу: Ленинград, ул. Радищева, д. 26, кв. 5. С 1926 работал в Ленинградском Городском комитете. Был делегатом XVII съезда ВКП(б). Близко общался с С.М. Кировым. В 1934, после убийства Кирова, был переведен с партийной работы в тяжелую промышленность и назначен директором Всесоюзного алюминиево-магниевого института. Арестован 29 января 1937. Выездной сессией Военной коллегии Верховного суда СССР в Ленинграде 23 мая 1937 приговорен по ст. ст. 58-8-11 УК РСФСР к высшей мере наказания как "активный участник контрреволюционной троцкистско-зиновьевской организации, совершившей 1 декабря 1934 г. злодейское убийство С.М.Кирова и подготовлявшей в последующие годы террористические акты против руководителей ВКП(б) и Советского правительства. Расстрелян в Ленинграде 23 мая 1937. Место захоронения неизвестно. Супруга Наталья Борисовна как жена "врага народа" была арестована и осуждена на 5 лет лишения свободы, отбывала наказание в Мариинском лагере на станции Яя в Кемеровской области, с 1942 по 1956 – в ссылке в Алма-Атинском лагере. Н.А. Родионов реабилитирован военной коллегией Верховного суда СССР 15 сентября 1956.