В 1714 году, в силу указа о недорослях, уже женатым был отдан в новгородскую математическую школу, затем переведён в петербургскую морскую академию; по окончании курса плавал около 5 лет в водах Атлантического океана и Средиземного моря.
В 1720 году блестяще сдал экзамен в присутствии Петра Великого, выразившегося о нём: «в этом малом будет толк», и был назначен главным командиром над всеми судами, строившимися в Петербурге.
С 1721 по 1734 годы был русским резидентом в Константинополе, в 1737 году участвовал в Немировском конгрессе, в 1739 году — в переговорах о заключении белградского мира.
В начале царствования Елизаветы I, по извету врагов, был удален от должности главного командира Малороссии, арестован и лишён орденов и поместий. Вскоре, однако, императрица убедилась в невинности Неплюева и назначила его в 1742 году наместником Оренбургского края (нынешние губернии: Самарская, Оренбургская, Уфимская, часть Пермской, административно-территориальные единицы нынешнего Западного Казахстана).
В течение 16-летнего управления краем Неплюев основал Оренбург, с целью обороны от башкир, калмыков, казахов и др., устроил до 70 крепостей по рекам Самаре, Уралу, Ую, Увелке, Миясу и Тоболу, дал правильное военное устройство оренбургскому казачьему войску, улучшил устройство яицкого войска, а также башкир, крещеных калмыков и других поселенцев Оренбургского края, много заботился об устройстве школ и церквей, о поднятии торговли и промышленности; при нём открыто вновь 28 заводов медеплавильных и 13 железоделательных.
3 октября (22 сентября) 1743 года Сенат утвердил ходатайство Неплюева и Челябинская крепость сделалась главным административным центром Исетской провинции и ярмарочным рынком..
Ему удалось без больших потерь усмирить восставших в 1755—1757 годах башкир и поймать муллу Батарму Алеева, намеревавшегося поднять против русских весь мусульманский край. Неплюев решил натравить казахские и татарско-башкирские народы друг на друга, вызвать войну между ними и истребить мусульман в обоюдных стычках. Для этого он отправил к казахским султанам и бекам толмача губернской канцелярии Матвея Арапова, капитана Яковлева, мурзу Максутова, Усмана Арсланова и через них разрешил казахам захватывать в плен жен и детей, скот и скарб беженцев, при условии, что они выдадут российским властям мужчин-повстанцев.
В 1760 году назначен сенатором и конференц-министром. Он пользовался большим доверием Екатерины II, которая на время своего отсутствия из Петербурга поручала ему все столичные войска, вела с ним переписку и вверяла его заботам наследника престола.
В 1823 году появились, в «Отечественных Записках» Свиньина, «Записки» Н., переизданные в 1871 году Л. Н. Майковым, в более полном виде, в «Русском Архиве» (№ 7 и 8). "Записки ", доведённые до последнего года жизни автора, писаны им в старости, но в основу их положен его «повседневный журнал».
О деятельности Неплюева в Оренбургском краю писал ещё при его жизни Рычков, в «Оренбургской Истории» (1750); самая лучшая и подробная, особенно по отношению к оренбургскому периоду, хотя и несколько односторонняя (панегирическая), его биография написана В. И. Витевским, автором статей: «И. И. Н., верный слуга своего отечества, основатель Оренбурга и устроитель Оренбургского края» (Казань, 1 8 91), «И. И. Н., организатор Оренбургского края» (Казань, 1894) и обширного труда: «И. И. Н. и Оренбургский край в прежнем его составе до 1758 г.» (Казань, 1889—1895).
Памятники
Памятник установлен в городе Троицке
.
