Учился в рисовальной школе Н. И. Мурашко в Киеве, позже -- в Московском училище живописи, ваяния и зодчества. С 1899 по 1918 г. экспонировал свои произведения на передвижных выставках (с 1904 г. -- член Товарищества). Состоял также в Обществе имени А. И. Куинджи и в Московском товариществе художников. С 1908 г. -- академик. После революции в своих произведениях выступал продолжателем традиции русского реалистического лирического пейзажа. Народный художник РСФСР и БССР, действительный член Академии художеств СССР.
Родился в селе Крынки близ Белыничей (ныне Могилевская область, Белоруссия) 31 января (12 февраля) 1872 в семье помещика. Учился в Киевской рисовальной школе Н.И.Мурашко (1885–1889) и Московском училище живописи, ваяния и зодчества (1889–1897) у И.М.Прянишникова, С.А.Коровина и В.Д.Поленова. Был членом «Товарищества передвижников», «Союза русских художников», «Общества имени А.И.Куинджи». В 1922 вступил в АХРР. Жил и работал, преимущественно в своём доме-мастерской "Чайка" (Удомельский район, Тверской области) и в Москве.
Продолжил традицию импрессионистического пейзажа – лирически-эмоционального, отмеченного живой, «этюдной» легкостью красочного письма и любовью к переходным (в особенности весенним) состояниям природы (Весна, 1911; Лед прошел, 1930; Задумчивые дни осени, 1932–1942; все три работы – в Третьяковской галерее). На фоне усиливающейся официальной критики этого жанра за его «безыдейность» разработал особый тип «мемориального пейзажа», посвященного местностям, связанным с жизнью и деятельностью выдающихся деятелей культуры. Среди его произведений – серии картин Ясная Поляна (1928, Музей Л.Н.Толстого, Москва) и Усадьба П.И.Чайковского в Клину (1942, Дом-музей Чайковского, Клин). Писал также в Горках Ленинских (1924 и 1945), пушкинском Михайловском (1936–1937) и сталинском Гори . Не раз ездил в творческие командировки с заданием запечатлеть различные «стройки коммунизма», однако привозил в основном свою природную лирику. В этом смысле, – имея в виду соотношение задания и результата, – был близок К.Г.Паустовскому.
Умер Бялыницкий-Бируля в "Чайке", 18 июня 1957, похоронен в Москве. Посмертно вышла его мемуарно-очерковая книга Из записок художника (1958).
