Tác phẩm viết bằng chữ Hán của Nguyễn Thuật, có:
- Hà Đình ứng chế thi sao, gồm thơ họa lại thơ vua Tự Đức, hoặc làm theo đề do nhà vua này nêu ra. Ngoài ra, còn có thơ họa đáp bạn bè, vịnh sử, vịnh vật, vịnh cảnh, cảm hoài...
- Hà Đình văn tập, gồm 244 câu đối.
- Hà Đình văn sao, gồm các bài biểu, luận, tự, bi, trướng…
- Mỗi hoài ngâm thảo, quyển chi nhất (quyển I), gồm khoảng 185 bài thơ được làm từ năm 1881, tức khi tác giả nhận mệnh đi sứ sang Trung Quốc lần đầu.
- Mỗi hoài ngâm thảo, quyển chi nhị (quyển II), gồm khoảng 118 bài thơ.
- Vãng sứ Thiên Tân nhựt ký, ghi lại cuộc hành trình sang Thiên Tân năm 1883.
- Trung Triều định lệ, viết về các định chế Trung Quốc và Triều tiên (phụ).
- Khoái thư trích lục (bản chép tay, chưa in), gồm một số câu đối và các tạp bút về văn chương, nghệ thuật,v.v...
- Hà Đình Ứng chế thi sao, gồm 36 bài thơ đáp họa thơ của vua.
- Hà Đình thi thảo trích sao và Hà Đình thi thảo trích sao (tiếp theo), bao gồm khoảng 168 bài thơ xướng họa với các danh sĩ trong và ngoài nước. Trong số này có nhiều bài được vua Tự Đức khen tặng.
Đa số các quyển trên đều được khắc in năm 1910, dưới triều vua Duy Tân.
Phần tác phẩm viết bằng chữ Nôm, ông có 3 bài thơ làm theo thể ca trù.
Ngoài ra, theo chỉ dụ vua, Nguyễn Thuật còn biên tập hoặc tham gia biên tập nhiều tác phẩm của các vua (như: Lê Thánh Tông, Thiệu Trị, Tự Đức, v.v...), của các danh sĩ (như: Tùng Thiện Vương, Tuy Lý Vương, Trương Quốc Dụng, Phạm Phú Thứ, Nguyễn Siêu, Phạm Quý Thích, Vũ Trinh, v.v...) và một số sách khác, như: Sử quán thư mục, Đại Nam danh sơn thắng thủy thi đề tập, Đại Nam cương giới vựng biên, Đại Nam quốc cương vựng biên, Đại Nam Quốc sử tàng thư mục, Tỳ bà quốc âm tân truyện, Thi thảo tạp biên, v.v...
