Языковед. Академик (1977, чл. – корр. с 1972), доктор филологических наук (1969), профессор (1971). Заслуженный деятель науки БССР (1978).

Родился в д. Скворцы Дзержинского р-на Минской обл. Закончив в 1940 г. Станьковскую среднюю школу, поступил на филологический факультет Минского государственного педагогического института Участник партизанского движения в Беларуси в годы Великой Отечественной войны. Окончив институт (1947), пришел на работу в сектор диалектологии Института языка, литературы и искусства АН БССР. С этого времени всю свою жизнь связал с Академией наук младший научный сотрудник Института языка, литературы и искусства (1947–1953), старший научный сотрудник Института языкознания АН БССР (1953–1955). С 1959 г. – заведующий сектором терминологии, с 1965 г. – заведующий сектором современного белорусского языка и культуры речи Института языкознания им. Я Коласа АН БССР. С 1977 г. – и. о. академика-секретаря, в 1982–1992 гг. – академик-секретарь Отделения общественных наук АН БССР (с 1991 г. – АН Беларуси).

Международное признание Н. В. Бирилло принесли исследования в области диалектологии. Он был одним из инициаторов работы над «Дыялекталапчным атласам беларускай мовы» (1963) – первым в славянском мире атласом живого народного языка За эту фундаментальную работу в комплексе с «Лінгвістьічнай геаграфіяй і групоукай беларускіх гаворак» вместе с другими авторами отмечен Государственной премией СССР (1971).

Один из соавторов и редакторов пятитомного «Лексічнага атласа беларускай мовы». При активном участии Н. В. Бирилло закладывались теоретические основы «Общеславянского лингвистического атласа» (ОЛА), велась работа над картами и комментариями к нему. С 1958 г. Н. В. Бирилло являлся членом, а с 1978 г. – заместителем председателя Международной комиссии по созданию ОЛА, до 1992 г. – председателем Белорусской национальной комиссии ОЛА.

Из всех диалектологических проблем Н. В. Бирилло наиболее всего интересовали фонетические явления белорусских народных говоров, в первую очередь проблемы ударного вокализма. Много сделал для развития терминологии в то время еще совсем молодой языковедческой науки. Являясь заведующим сектором научной терминологии (1958–1965), внес весомый вклад в разработку принципов белорусской терминографии. Под руководством и при непосредственном участии Н. В. Бирилло подготовлены «Русско-белорусский словарь общественно-политической терминологии» (1970), «Руска-беларускі слоунік сельскагаспадарчай тзрміналогіі» (1994) и др.

Во время работы в Варшавском университете (с 1956 по 1958 г. преподавал на кафедре белорусской филологии) участвовал в подготовке и редактировании «Падручнага польска-беларускага слоуніка» (1963), соавтором и соредактором которого была профессор той же кафедры А. Обрембска-Яблонска Под редакцией Н. В. Бирилло изданы «Украінска-беларускі слоунік», «Слоунік цяжкасцей беларускай мовы», «Кіраванне у беларускай і рускай мовах» и др.

Одними из определяющих направлений научной деятельности Н. В. Бирилло были современный белорусский литературный язык и культура речи. Выработанные им научные положения и принципы легли в основу таких фундаментальных работ, как «Слоунік беларускай мовы. Арфаграфія. Арфазпія. Акцэнтуацыя. Словазмяненне» (1987) и «Беларускай граматыка» в 2 т. (1985– 1986), которые имеют нормативную направленность и до сих пор не потеряли актуальности. Занимался исследованием орфоэпии и акцентологии белорусского литературного языка.

Начиная с 1960-х годов активно разрабатывал ономастическую проблематику. Основным объектом исследований Н. В. Бирилло являлась антропонимия – собственные имена. Основал новую область белорусской лингвистики – ономастику, создал белорусскую ономастическую школу и вывел ее на международный уровень. Подготовленные под его руководством научные кадры успешно занимались проблемами белорусской антропонимии и топонимии и продолжают работать в этой области. Н. В. Бирилло является автором трехтомной монографии «Беларуская антрапанімія» (1966–1982). Его заслуги в разработке проблем собственных имен были высоко оценены за рубежом, в 1968 г. Н. В. Бирилло включили в состав Международной комиссии по славянской ономастике.

Награжден орденами «Знак Почета» (1976), Трудового Красного Знамени (1982), Отечественной войны II степени (1985), медалями.