Với những đóng góp cho nền kiến trúc, ông được Nhà nước trao tặng Huân chương Độc lập và Giải thưởng Hồ Chí Minh đợt I (1996).

Tên của ông được Hội đồng nhân dân Thành phố Hà nội đặt cho một con đường tại phường Giang Biên, quận Long Biên. Đường Nguyễn Cao Luyện nối từ đường Ngô Gia Tự, chạy xuyên qua Khu đô thị Việt Hưng, là một trong những con đường thuận tiện để đi từ Cầu Đuống ra đường Nguyễn Văn Linh (quốc lộ 5).

Tại quận Sơn Trà, Thành phố Đà Nẵng cũng có đường Nguyễn Cao Luyện.