Ngày ngày 4 tháng 7 năm 1972, hay tin Nguyễn Thái Bình bị sát hại, các bạn học của anh đã tưởng niệm anh tại Đại học Washington.[6] Một số tổ chức sinh viên Việt kiều cũng tổ chức các cuộc tưởng niệm anh. Hội sinh viên Việt Nam tại Mỹ đã họp báo tại San Francisco công bố hai lá thư ngỏ của anh gửi cho Tổng thống Mỹ Nixon và gửi cho nhân dân yêu chuộng hòa bình công lý trên thế giới. Dưới áp lực của những người yêu chuộng hòa bình, chính phủ Tổng thống Nguyễn Văn Thiệu đã phải trả tự do cho gia đình anh những ngày sau đó.

Tại Mỹ, 20 năm sau ngày Nguyễn Thái Bình bị bắn chết, các bạn học của anh tại Đại học Washington vẫn họp mặt và tổ chức một buổi lễ tưởng niệm anh.[16]

Hiện nay tại Việt Nam, Nguyễn Thái Bình được truyền thông nhà nước coi như một hình tượng đấu tranh chống Mỹ. Có một số trường được đặt tên theo Nguyễn Thái Bình và một quỹ học bổng dành cho học sinh nghèo học giỏi ở Việt Nam cũng được đặt tên theo anh. Tại thành phố Hồ Chí Minh, có một phường mang tên anh (tại Q.1) và tên anh cũng được đặt cho những con đường tại quận 1, quận Tân Bình và các trường THCS, THPT tại huyện Bình Chánh, quận Tân Bình.[4] Tại thành phố Đồng Hới (Quảng Bình) có con đường mang tên Nguyễn Thái Bình ở phường Nam Lý (nối đường Hoàng Việt với đường Võ Thị Sáu). Tại thành phố Hạ Long tên anh được đặt cho một phố tại phường Hồng Hà. Ngôi trường anh theo học thời tiểu học tại Cần Giuộc (Long An) nay mang tên anh - Trường Tiểu học Nguyễn Thái Bình. Tại Cà Mau, có một trường trung học cơ sở mang tên anh - Trường Trung học cơ sở Nguyễn Thái Bình.

Ngày 30 tháng 4 năm 2010, anh được Nhà nước Việt Nam truy tặng danh hiệu Anh hùng Lực lượng Vũ trang Nhân dân.