Родился в деревне Михалево, ныне Фурмановского района, Ивановской области, в семье крестьянина.

В 1916 году окончил артиллерийское училище, участвовал в первой мировой войне в звании прапорщика. В Советской Армии с 1918 года. В гражданскую войну был начальником артиллерии 25-й (Чапаевской) дивизии. в 1932 году окончил артиллерийское командно- тактические курсы при военной академии в г.Ленинграде.

На фронтах Великой Отечественной с июня 1941 года. Командовал артиллерией 27- ой армии (с декабря 1941 г.- 4-й ударной), артиллерией Калининского, I-го Прибалтийского фронтов, с февраля 1945 года- Земляндской группой войск.

19 апреля 1945 года за успешное командование артиллерией фронта и за личное мужество генерал- полковнику И.М.Хлебникову присвоено звание Героя Советского Союза.

После войны командовал артиллерией военного округа, был на преподавательской работе. В 1952 году окончил академию Генерального штаба. В 1956- 1960г.г. являлся старшим военным советником в Китае.

С 1960г.- Хлебников вышел в отставку. Жил в Москве. Вел общественную работу в должности заместителя председателя правления Всесоюзного общества “Знание”, члена редколлегии телевизионного альманаха “Подвиг”, члена ЦК ДОСААФ, активно участвовал в деятельности Советского комитета ветеранов войны.

На протяжении всей жизни Николай Михайлович Хлебников поддерживал связь с родным краем, часто приезжал на свою малую родину, встречался с земляками.

Похоронен в г.Москве. Именем Героя Советского Союза Николая Михайловича Хлебникова названы улицы в городах области: Иванове и Фурманове.