Absolvoval letecké učiliště, vojenskou službu nastoupil u námořního letectva. V roce 1960 byl zapsán na soupisku prvního oddílu kosmonautů SSSR. Prošel přípravou k letu kosmickou lodí „Vostok“. Byl jedním z uchazečů na první kosmický let. Také byl záložním kosmonautem Jurije Gagarina v době jeho letu do kosmu. Patřil do skupiny kosmonautů, kteří se připravovali k letu kosmickými loděmi „Vostok-2“, „Vostok-3“ a „Vostok-4“. V červnu 1962 byl vyřazen ze skupiny kosmonautů připravujících se k letu na „Vostok-2“, „Vostok-3“ a „Vostok-4“.

Za porušení vojenské disciplíny byl 4.května 1963 vyškrtnut z prvního oddílu sovětských kosmonautů. Podle některých informací byl Něljubov z prvního oddílu kosmonautů vyškrtnut neprávem.