Родился 22 октября 1887 г. в селе Коштуг Вытегорского уезда Олонецкой губернии (ныне в Карелии) в крестьянской семье.
В 1893—1895 гг. учился в церковно-приходской школе в городе Вытегра (ныне в Вологодской области), затем в городском училище и в фельдшерской школе в Петрозаводске (ныне столица Карелии).
В начале XX в. с земляками, сбывавшими в столице рыбу и меха, уехал на заработки в Петербург.
Одновременно Клюев начал писать стихи в традициях «новокрестьянской поэзии»: скорбная, негодующая муза поэта жалуется на страдания землепашца и шлёт проклятия его поработителям (опубликованы в коллективном сборнике «Новые поэты», 1904 г.).
С 1905 г. под впечатлением революционных событий Клюев включился в активную политическую деятельность — распространял прокламации Всероссийского крестьянского союза в Москве и Олонецкой губернии. Произведения Клюева рождались на стыке двух стихотворных культур — устного народного творчества и авангардной поэзии. Это предопределило успех его первых книг «Сосен перезвон» и «Братские песни» (обе 1912 г.) в стане символистов, а затем и акмеистов.
Клюев много странствовал по Русскому Северу, посещал монастыри, запоминал и записывал народные сказки, песни, легенды, предания.
Сборник «Братские песни» — во многом поэтическое переложение «подслушанных» и талантливо воспроизведённых сектантских песнопений. Кроме того, в поэзии Клюева явственно присутствуют свои, лирические темы: конфликт Природы и Цивилизации (мужицкий «избяной рай» страдает под натиском машинной «железной» культуры) и попытка «повенчать религиозное с революционным» («Четвёртый Рим», 1921 г.).
С середины 20-х гг. положение поэта стремительно ухудшается. Он живёт попеременно в Выборге и Ленинграде, стараясь наладить контакты с местной и центральной властью.
Создаёт поэму о В. И. Ленине, вступает в ряды большевиков, откуда его вскоре исключают за религиозные взгляды.
В 1934 г. Клюев был арестован и сослан в Сибирь на пять лет.
Расстрелян между 23 и 25 октября 1937 г. в Томске. Реабилитирован посмертно.