• Từ tháng 4/1991 đến tháng 2/1999: Cán bộ giảng dạy Khoa Ngữ văn, trường ĐH KHXH&NV, ĐHQGHN;
• Tháng 03/1999 đến 03/2002: kiêm nhiệm thêm chức vụ Bí thư Đoàn TNCSHCM Trường ĐH KHXH&NV, ĐHQGHN;
• Tháng 04/2002 đến tháng 03/2003: Phó Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Trung Quốc, Trường ĐH KHXH&NV, ĐHQGHN;
• Tháng 04/2003 đến tháng 4/2006: Trưởng phòng Đào tạo kiêm Phó Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Trung Quốc, Trường ĐH KHXH&NV, ĐHQGHN;
• Tháng 05/2006 đến tháng 05/2007: Trưởng phòng Đào tạo kiêm Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Trung Quốc, Trường ĐH KHXH&NV, ĐHQGHN;
• Tháng 11/2009 đến tháng 05/2010: Phó Hiệu trưởng, Phó Bí thư Đảng ủy Trường ĐHKHXH&NV kiêm Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Trung Quốc, Trường ĐH KHXH&NV, ĐHQGHN;
• Tháng 01/2012 đến tháng 2/2016: Phó Bí thư Đảng ủy, Phó Giám đốc ĐHQGHN;
• Tháng 2/2016 đến tháng 6/2016: Phó Bí thư Thường trực Đảng ủy, Phó Giám đốc Thường trực ĐHQGHN;
• Ngày 30/6/2016 đến nay: Giám đốc ĐHQGHN
• Ngày 20/9/2016: Bí thư Đảng ủy ĐHQGHN
• Ngày 03/01/2019, Giám đốc ĐHQGHN kiêm giữ chức Chủ tịch Hội đồng ĐHQGHN nhiệm kỳ 2018-2023

Học vấn và sự nghiệp của ông Nguyễn Kim Sơn gắn liền với Đại học Quốc gia Hà Nội.[1]

Ngày 30/6/2016, Thủ tướng Chính phủ bổ nhiệm ông Nguyễn Kim Sơn làm Giám đốc Đại học Quốc gia Hà Nội.[2][3]

Ngày 20/9/2016, Bí thư Thành ủy Hà Nội Hoàng Trung Hải ký quyết định chuẩn y chức vụ Bí thư Đảng ủy ĐHQGHN.

Trong thời gian Đại học Quốc gia Hà Nội tiến hành thí điểm phương án Đổi mới Tuyển sinh Đại học bằng cách thi Đánh giá năng lực, ông Nguyễn Kim Sơn là người trực tiếp chỉ đạo việc triển khai thực hiện công việc này.[4]