Ngày 4/6/2008, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định thăng cấp bậc hàm cho ông từ Đại tá lên Thiếu tướng, lúc này ông đang công tác ở Tổng cục An ninh, Bộ Công an Việt Nam.[1]

Năm 2010, ông là Thiếu tướng, Phó Tổng cục trưởng Tổng cục An ninh 1. Ông là Trưởng Tiểu ban Nội dung - Tuyên truyền Hội nghị những người đứng đầu Cơ quan An ninh các nước ASEAN (MACOSA).[2]

Chiều 8/4/2011, tại Hà Nội, Bộ Công an Việt Nam đã công bố quyết định của Thủ tướng Chính phủ về bổ nhiệm chức vụ Tổng cục trưởng Tổng cục An ninh I - Bộ Công an đối với Thiếu tướng Nguyễn Chí Thành, Quyền Tổng cục trưởng Tổng cục An ninh I - Bộ Công an.[3]

Ngày 31/12/2014, Thủ tướng Chính phủ Việt Nam đã điều động trung tướng Nguyễn Chí Thành, Tổng cục trưởng Tổng cục an ninh I giữ chức Tổng cục trưởng Tổng cục An ninh, Bộ Công an (vừa sáp nhập từ hai Tổng cục An ninh 1 và 2).[4]