Nils Hjelmtveit markerte seg som en praktisk politiker både i lokalpolitikken og som kirke- og undervisningsminister i Johan Nygaardsvolds regjering fra 1935. I sine memoarer fra slutten av 1960-årene fremstod han som en av de sterkeste forsvarerne av Nygaardsvold-regjeringens politikk 9. april 1940.
Hjelmtveit vokste opp på gården Hopland i Seim sogn i Nordhordland. Den eldste broren Karl August overtok slektsgården, mens Nils tok eksamen ved Stord lærerskole 1913. Samme år ble han lærer ved folkeskolen på industristedet Eydehavn i Stokken kommune i Aust-Agder.
Bortsett fra den tiden han satt i regjeringen, ble Hjelmtveit boende i Stokken resten av livet. Han var bestyrer ved skolen 1918–46. 1920–37 var han (med korte avbrudd) medlem av Stokken herredsstyre for Arbeiderpartiet og var ordfører i periodene 1923–28 og 1932–35. Han var også aktiv avholdsmann og redigerte avholdsbladet Egden 1919–20.
Arbeiderpartiet med Hjelmtveit i spissen dominerte det politiske livet i Stokken. Uberørt av de ideologiske stridighetene i partiet sentralt, og gjennom et nært samarbeid mellom partilag og den lokale fagbevegelsen, stod Hjelmtveit i spissen for en praktisk reformpolitikk som gjorde Stokken til en foregangskommune. Basert på betydelige skatteinntekter fra bedriftene og arbeiderne maktet kommunen i gode tider å bygge opp fond for å kunne gjennomføre sosiale reformer også i økonomiske nedgangsperioder. I tiden som ordfører ble Hjelmtveit ekspert på skattespørsmål. Politikken hadde en klar lokalsolidarisk forankring. I situasjoner hvor bedriftene gikk til innskrenkninger, oppfordret kommunen dem til i det lengste å beholde de arbeiderne som var bosatt på stedet.
1925 ble Hjelmtveit valgt inn på Stortinget, men etter eget ønske trakk han seg 1930 og gikk tilbake til lokalpolitikken. På Stortinget knyttet han et nært vennskap med Johan Nygaardsvold, og sammen med deres felles praktiske tilnærming til politiske spørsmål, var det utvilsomt en av de viktigste grunnene til at Nygaardsvold insisterte på å ha Hjelmtveit med da han skulle danne regjering 1935. Etter eget utsagn var det bare motvillig Hjelmtveit til slutt lot seg overtale til å bli kirke- og undervisningsminister. Denne stillingen beholdt han gjennom hele Nygaardsvolds regjeringstid.
Som statsråd markerte ikke Hjelmtveit seg med storslagne ideologiske fremstøt, men gjennom flere, ofte helt nødvendige praktiske skolereformer. Han ønsket å bryte med den pessimismen som reformpausen i kriseårene hadde bidratt til. De færreste av forslagene var kontroversielle. Hans rettesnor var alltid ikke å gå fortere frem enn at en i nedgangstider maktet å bevare det som var gjennomført. “En bør søke å undgå konjunktursvingningene i reformarbeidet,” sa han. “Det er ofte de små, men godt underbygde tiltakene som fører fortest fram til målet.”
Hjelmtveits ønske om å bygge ut framhaldsskoler som et grunnlag for yrkesskolene og som et alternativ for elever som ikke hadde anlegg for teoretisk kunnskap, støtte imidlertid på motstand i deler av arbeiderbevegelsen. Mange gikk inn for at flest mulig burde ta middelskole og gymnas som et ledd i arbeidet med å bygge ned klasseskillene i samfunnet. Hjelmtveit hevdet derimot at søkningen til den høyere skolen var altfor stor i forhold til behovet for denne typen kunnskap og gikk inn for å erstatte enkelte middelskoler med yrkesskoler. Den yrkesrettede utdanningen burde få samme status som den boklige, mente han. I begynnelsen av 1950-årene forsvarte Hjelmtveit fortsatt framhaldsskolen og var skeptisk til den nye ungdomsskolen.
Kirke- og undervisningsdepartementets virksomhet i London under den annen verdenskrig var ikke spesielt omfattende. Mye dreide seg om å opprette skoler for norske barn og å etablere en norsk informasjonstjeneste i Storbritannia og USA, en virksomhet som la grunnlaget for et utstrakt kulturelt samarbeid etter krigens slutt. Hjelmtveits viktigste rolle under krigen var som fortrolig venn og rådgiver for Nygaardsvold og som støtdemper innad i regjeringskollegiet.
Etter krigen var Hjelmtveit fylkesmann i Aust-Agder 1945–61. Han var nestformann i NRKs styre 1946–57 og deretter formann frem til 1965. Han ble utnevnt til kommandør av St. Olavs Orden 1954. Som pensjonist interesserte han seg særlig for lokalhistorie og skrev bygdebok for Alenfit i Hordaland, men han skrev også memoarboken Vekstår og vargtid (1969), hvor han særlig gikk i rette med dem som kritiserte regjeringens handlemåter 9. april 1940 og under resten av krigen. I likhet med Nygaardsvold var Hjelmtveit skeptisk til alliansepolitikken etter krigen.
Nils Hjelmtveit var godt likt. Han var kjent som en fremragende pedagog og hadde en uvanlig evne til samarbeid. Det viktigste for ham var å komme frem til praktiske løsninger, ikke å vinne ideologiske seire.