Năm 1895, niên hiệu Thành Thái thứ 7 ông được bổ vào học sinh trường Đốc Quảng Nam, được Đốc học Mã Sơn Trần Đình Phong khen ngợi cùng với Phan Châu Trinh, Trần Quý Cáp, Huỳnh Thúc Kháng tại trường này.[1]

Năm Đinh Dậu (1897), ông dự kì thi Hương tại Huế vào được Trường Ba tức Tú tài. Khoa thi Hương năm Canh Tý (1900), ông đỗ Á nguyên tại trường Thừa Thiên cùng khoa với Huỳnh Thúc Kháng (Giải nguyên), Phan Châu Trinh, Phan Thúc Duyện, Lương Thúc Kỳ.[1]

Năm 1901, ông đỗ Phó bảng trong kì thi Hội.[1] Tổng tài Quốc sử quán có câu liễn mừng ông:

Nguyên văn:

頂甲起無才莫是文章關運會;芸程逾有望猶來科弟作栖階.

Phiên âm:

Đỉnh giáp khởi vô tài mạc thị văn chương quan vận hội;Vân trình du hữu vọng do lai khoa đệ tác thê giai.

Nghĩa:

Đậu bảng giáp cao há vô tài, không do vận hội văn chương ư?Đường làm quan tiến mãi là từ thềm thi cử mà có à!

Nguyễn Đình Hiến cùng với Huỳnh Thúc Kháng, Trần Quý Cáp, Phạm Liệu được người dân xứ Quảng gọi là "Tứ kiệt" nổi tiếng trên con đường học vấn của Quảng Nam. Không những thế, người dân xứ Quảng còn tôn vinh ông là một trong "Tứ hổ" (cùng với Phan Châu Trinh, Võ Vỹ, Nguyễn Mậu Hoán).[2][3][4]

Sau khi vinh qui, ông được triều đình cử giữ chức Hàn lâm viện Kiểm thảo, được chọn vào học chữ Pháp tại trường Quốc học, đến năm 1905 được thăng chức Toản tu.[1] Đầu năm 1906 được vua Thành Thái phái sang du học tại Pháp về chính trị và phong tục và đã viết cuốn Tây sai kỹ lãm trình vua Thành Thái.[1]

Sau chuyến đi sứ về, ông được bổ nhiệm Đồng tri phủ lãnh chức Tri huyện huyện Bồng Sơn, phủ Bồng Sơn tỉnh Bình Định.[1]

Năm 1907, ông được cai đổi sang làm Tri huyện huyện Phù Mỹ, tỉnh Bình Định.[1]

Năm 1908, thăng Tri phủ Hoài Nhơn.[1]

Cũng trong năm 1908, bạn đồng học của Nguyễn Đình Hiến là Trần Quý Cáp bị bắt giam và bị khép vào tội mưu phản, lãnh án bị chém ngang lưng. Khi gia quyến và học trò đưa quan tài Trần Quý Cáp ngang qua Bồng Sơn (thuộc thị xã Hoài Nhơn), Nguyễn Đình Hiến đang làm Tri phủ Hoài Nhơn đã thiết án bên đò Bồng Sơn làm lễ, lạy khóc thảm thê. Công sứ Bình Định biết tin, cho rằng Nguyễn Tri phủ đã đồng lõa với Trần Quý Cáp. Nhờ có Tổng đốc Bình Định là cụ Bùi Xuân Huyên can thiệp, bày cho ông Nguyễn Đình Hiến giả đang mắc bệnh tâm thần nên chuyện mới được cho qua.[2]

Năm 1912, được cải chức Hồng lô tự Thiếu Khanh, lãnh chức Quản đạo đạo Ninh Thuận.[1]

Năm 1913, ông được thăng chức Phủ Thừa phủ Thừa Thiên, năm sau được thăng Quan Lộc tự Thiếu Khanh làm việc ở Huế.[1]

Năm 1919, ông được vua cử làm Phó Chủ khảo khoa thi Hội thí Kỷ mùi, sau đó thăng Bố Chính sứ tỉnh Hà Tĩnh, rồi về Huế giữ chức Tả thị lang Bộ Lại, năm sau chuyển làm Bố Chính sứ tỉnh Quảng Bình.[1]

Năm 1921, ông chuyển về làm Phủ doãn Phủ Thừa Thiên, năm sau giữ chức Tuần phủ tỉnh Quảng Ngãi.[1]

Năm 1923, thăng Tổng đốc Bình Phú.[1]