Бялик вырос в бедной семье. После смерти отца с 1880 по 1890 год жил в Житомире, в доме деда Якова-Мойше Бялика, толкователя Талмуда. Учился в хедере, с 13 лет - в бет-мидраше, рано начал читать религиозную литературу, в том числе каббалистические тексты. Около двух лет учился в Воложинской ешиве, самостоятельно изучал русский язык.

В 17 лет Бялик уехал в Одессу в надежде издать свои стихи (он писал как на идиш, так и на иврите). В 1892 г. состоялся печатный дебют Бялика - в альманахе под редакцией И. Х. Равницкого "Ха-Пардес" было опубликовано стихотворение Бялика "К ласточке". В 1893 г., после смерти деда, он возвратился в Житомир, где женился на Мане, дочери богатого лесопромышленника Шеваха Авербуха. Несколько лет он работал приказчиком у тестя, занимаясь при этом и литературным творчеством, но затем окончательно переехал в Одессу. Здесь он стал одним из соучредителей издательства "Мория", в котором редактировал книги для детей.

В 1902 г. вышел первый сборник стихов Бялика. Сочинённая после кишинёвского погрома 1903 года поэма "Сказание о погроме" сделала его одним из наиболее известных еврейских поэтов своего времени. Уже в 1908 г. вышло первое полное собрание стихотворных произведений Бялика. В 1908-09гг. Бялик вместе с Равницким выпустил капитальный труд "Сефер ха-аггада" - антологию легенд, притч и изречений, извлечённых из Талмуда. Он также переводил на иврит произведения Шекспира, Сервантеса, Шиллера.

В 1907 и 1913 гг. Бялик принимал участие в Сионистских конгрессах. В 1909 г. он посетил Эрец-Исраэль, где убедиться в популярности своего творчества в ишуве - его стихотворения вошли в школьные программы, а песни распевали халуцим. Одна из его песен, "Биркат ам", стала гимном рабочих ишува.

В Одессе Бялик жил до 1921 г., когда по ходатайству М. Горького и с особого разрешения В. Ленина Бялик вместе с группой еврейских писателей покинул Советский Союз. После четырехлетнего пребывания в Берлине, где он развил широкую издательскую деятельность, Бялик приехал в Эрец-Исраэль и поселился в Тель-Авиве, где сразу же стал центральной фигурой в культурной жизни страны. Он принимал участие в работе Еврейского университета в Иерусалиме, Художественного музея в Тель-Авиве, театра "Габима", Союза писателей, пишущих на иврите. Творчество Бялика оказало огромное влияние на всю еврейскую поэзию XX века.

Бялик участвовал в Сионистских конгрессах 1921-го и 1931-го годов, совершил турне по США (1926) и по Европе (1931). В 1933 и 1934 гг. он был номинирован И. Л. Клаузнером на Нобелевскую премию по литературе. В 1934 г. Бялик поехал лечиться в Вену, но после неудачной операции скончался. Похоронен в Тель-Авиве при огромном стечении народа. Сразу после смерти Бялика его вдова Маня передала муниципалитету Тель-Авива ключи от их дома с тем, чтобы его превратили в музей.
 

Имя Хаим означает "жизнь" на иврите. Имя Нахман означает "утешитель" на иврите. Фамилия Бялик произошла от польского слова biały - "белый" (т.е. светловолосый).

Вне Нью-Йорка

- Кирьят-Бялик - город в Израиле в Хайфском округе, основан в 1934 г., в 1976 г. получил статус города.

- Мемориальная доска в Одессе на фасаде дома по Малой Арнаутской, 9, где Бялик жил в 1907 г.
- Школа им. Бялика в Монреале, Канада.
- Памятник Бялику в Рамат-Гане, Израиль.
- Почти в каждом городе Израиля есть улица Бялика.

- В Тель-Авиве на улице Бялика, 22 - Дом-музей Бялика.