В 1921 г. закончил Военно-медицинскую академию (ВМА), в 1922 году — университет в Петрограде.
С 1921 г. был преподавателем, а в 1936—1955 — начальником кафедры гистологии и эмбриологии ВМА;
В 1928—1938 гг. был сотрудником Онкологического института в Ленинграде,
В 1932—1954 гг. работал в институте экспериментальной медицины.
С 1955 был заведующим Лабораторией экспериментальной морфологии в институте онкологии АМН СССР в Ленинграде.
Н. Г. Хлопин являлся одним из основоположников направления эволюционной гистологии, которое он разрабатывал вместе с А. А. Заварзиным. Применял метод культуры тканей. Написал научные работы, связанные с изучением мышечных и эпителиальных тканей, сосудистого эндотелия, нейроглии. Работал с опухолевыми тканями различного происхождения, над генетической классификацией тканей позвоночных животных. Хлопину принадлежит теория дивергентной эволюции тканей.
Получил Государственную (Сталинскую) премия СССР 1947 года за работу «Общебиологические и экспериментальные основы гистологии» (1946). Орден Ленина, три других ордена, медали.