บาร์ตเลตต์เกิดเมื่อวันที่ 15 กันยายน ค.ศ. 1932 ในเมืองนิวคาสเซิลอะพอนไทน์ ทางภาคตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศอังกฤษ สหราชอาณาจักร[1] เขาเริ่มสนใจวิชาเคมีตั้งแต่สมัยเรียนชั้นประถมศึกษาที่โรงเรียนไวยากรณ์ฮีตัน (Heaton Grammar School) จากการทดลองหนึ่งในชั้นเรียนซึ่งเขาสังเคราะห์ผลึกที่ "ก่อตัวอย่างดีและสวยงาม" จากสารประกอบระหว่างสารละลายแอมโมเนียและคอปเปอร์(II) ซัลเฟต ซึ่งในขณะนั้นบาร์ตเลตต์มีอายุเพียง 11 ปี[2] เขาสร้างห้องทดลองที่บ้านของเขาเองโดยใช้สารเคมีและเครื่องแก้วที่หาซื้อได้จากร้านขายเครื่องมืออุปกรณ์ในละแวกบ้าน บาร์ตเลตต์เข้าศึกษาระดับปริญญาที่วิทยาลัยคิงส์ มหาวิทยาลัยเดอรัม (ซึ่งต่อมาแยกตัวออกไปเป็นมหาวิทยาลัยนิวคาสเซิล[3]) บาร์ตเลตต์สำเร็จการศึกษาวิทยาศาสตรบัณฑิตใน ค.ศ. 1954 และดุษฎีบัณฑิตใน ค.ศ. 1958[4]

หลังสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอก บาร์ตเลตต์เข้าทำงานเป็นอาจารย์ที่มหาวิทยาลัยบริติชโคลัมเบียในเมืองแวนคูเวอร์ รัฐบริติชโคลัมเบีย ประเทศแคนาดา ก่อนจะเลื่อนขึ้นเป็นศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยเดียวกัน[4] ที่บริติชโคลัมเบียนี้เองที่บาร์ตเลตต์ค้นพบว่าก๊าซมีตระกูลนั้นสามารถเกิดพันธะเคมีได้ เขาสอนที่บริติชโคลัมเบียก่อนจะย้ายไปที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตันใน ค.ศ. 1966 โดยดำรงตำแหน่งนักวิจัยในเบลล์แลบอราทอรีส์ควบคู่ไปด้วย ต่อมาใน ค.ศ. 1969 เขาย้ายไปที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ (ยูซีเบิร์กลีย์) จนกระทั่งเกษียณอายุใน ค.ศ. 1993 ซึ่งระหว่างที่บาร์ตเลตต์อยู่ที่ยูซีเบิร์กลีย์นั้น เขายังเป็นนักวิจัยที่สถาบันทดลองแห่งชาติลอว์เรนซ์ เบิร์กลีย์ระหว่าง ค.ศ. 1969 ถึง ค.ศ. 1999[4] บาร์ตเลตต์ได้สถานะพลเมืองสหรัฐใน ค.ศ. 2000[1]

นีล บาร์ตเลตต์สมรสกับคริสตินา บาร์ตเลตต์และมีบุตรด้วยกันสี่คน[5] เขาเสียชีวิตเมื่อวันที่ 5 สิงหาคม ค.ศ. 2008 จากภาวะท่อเลือดแดงโป่งพอง[5]