Sau quá trình tu học dài hạn tại chủng viện, phó tế Nguyễn Kim Điền tiến đến việc được truyền chức linh mục vào ngày 21 tháng 9 năm 1947. Lễ truyền chức này ngoài linh mục Điền còn có 6 tân linh mục khác.[17] Sau khi được truyền chức, vị linh mục trẻ tuổi được giám mục Đại diện Tông Tòa Sài Gòn Jean Cassaigne Sanh[18] bổ nhiệm đảm trách vai trò giáo sư chủng viện Sài Gòn. Chưa đầy hai năm sau khi được truyền chức linh mục, năm 1949, linh mục Nguyễn Kim Điền đã được trao trọng trách Giám đốc chủng viện. Ông được đánh giá là một linh mục đạo đức và trí thức.[15] Khoảng thời gian này, ông cùng với một số linh mục giáo sư chủng viện, trong đó có linh mục Phaolô Nguyễn Văn Bình sáng lập tờ báo nguyệt san mang tên Tông Đồ. Một khoảng thời gian ngắn trong năm 1951, ông trở về phụ giúp linh mục Phêrô Khánh tại Cầu Kho trước khi trở về giảng dạy tại chủng viện.[18] Nói về quyết định từ bỏ chức Giám đốc Chủng viện, Nguyễn Kim Điền cho biết ông mong muốn phục vụ người nghèo và chia sẻ khó khăn với những người này.[19]

Năm 1955, với ý định hỗ trợ những người khó nghèo, linh mục Nguyễn Kim Điền quyết định gia nhập Dòng Tiểu Đệ Phúc Âm do linh mục Charles de Foucault thành lập.[gc 1] Để gia nhập dòng, linh mục Điền được đưa đi làm tập sinh tại sa mạc Sahara. Sau thời gian tu luyện tại hai địa điểm là El-Abiodh (Sahara) và Saint Maximin, ngày 12 tháng 11 năm 1956, ông chính thức được nhận vào dòng,[3] với nghi thức nhận áo dòng trước mặt giám mục De Provenchère, linh mục Voillaume và một số các nữ tu dòng Tiểu Muội.[19] Tính đến năm 2016, ông là một trong 12 thành viên của Dòng Tiểu Đệ Chúa Giêsu, tên gọi khác là dòng Tiểu Đệ,[20] Bằng việc được nhập dòng, linh mục Nguyễn Kim Điền là người Việt Nam đầu tiên chọn tu dòng Tiểu Đệ và cũng là người đầu tiên của dòng trở thành giám mục.[3][21]

Năm 1957, linh mục Nguyễn Kim Điền trở về Việt Nam và quyết định sống ẩn dật theo khuynh hướng dòng Tiểu Đệ. Ông sống cùng với các thành viên dòng khác ở Bàn Cờ, sống bằng nghề đạp xe xích lô, có khi lại sống quanh khu vực chợ Cầu Muối, làm công việc khuân vác ở bến tàu. Ngoài ra, ông còn dành thời gian đến Kata giúp người dân tộc Thượng ở Di Linh. Trong khoảng thời gian sinh sống tại Sài Gòn, lòng đạo đức của linh mục Nguyễn Kim Điền và đời sống khó nghèo của ông được nhiều người biết đến. Nhiều dòng tu, chủng viện mời linh mục Nguyễn Kim Điền hỗ trợ công tác giảng phòng, một trong số đó là giảng tĩnh tâm cho linh mục đoàn Hạt Đại diện Tông Tòa Sài Gòn.[22]

Ngày 7 tháng 2 năm 1957, linh mục Điền cùng 3 tu sĩ khác được đưa đến khu đất Tòa giám mục Cần Thơ tại Bình Thủy, Cần Thơ, nơi có một căn nhà trống và không có cửa. Họ dựng tạm một bàn thờ, thuê đất để trồng trọt và xây dựng Nhà Huynh Đệ trong khoảng thời gian một tuần.[22] Mục đích dựng căn nhà này là dùng để hướng dẫn các thành viên mới có ý định gia nhập dòng Tiểu Đệ.[3] Căn nhà của các tu sĩ này thực tế là một chòi lá tồi tàn, lụp xụp và có khe hở dưới sàn, mái thấp và rất nóng nực.[15] Giám mục Giáo phận Cần Thơ Phaolô Nguyễn Văn Bình cũng tham gia việc xây dựng căn nhà lá này bằng việc góp sức mình để kéo lá.[23] Ngoài các công việc kể trên, linh mục Nguyễn Kim Điền cũng từng làm một số công việc khác như làm thợ mộc, thợ hồ,[19] nhân viên dọn dẹp đường phố,...[24]

Cuối thập niên 1950, linh mục Nguyễn Kim Điền dành thời gian để nói chuyện với một nhóm người trẻ độc thân hành nghề bác sĩ, luật sư,... về các chủ đề khác nhau. Ông tránh nhận mình là một linh mục để các buổi nói chuyện thêm phần cởi mở. Trong các chủ đề khi bàn luận, linh mục Điền thường hạn chế nói về chính trị và thường góp chuyện ở mảng văn hóa xã hội. Nguyễn Kim Điền cũng không bình luận gì khi nhóm những người độc thân này bàn luận về gia tộc Ngô Đình, trong đó có bàn đến Ngô Đình Nhu (cố vấn chính trị Việt Nam Cộng hòa), Ngô Đình Diệm (lúc đó là Tổng thống Việt Nam Cộng hòa) và giám mục Phêrô Máctinô Ngô Đình Thục. Các buổi nói chuyện cùng nhóm bạn này được Nguyễn Kim Điền duy trì đến cuối năm 1960. Ông thừa nhận mình có chung chí hướng cải thiện đời sống cho người dân miền Nam, tương đồng với chí hướng của các thành viên trong nhóm bạn trẻ này.[19][gc 2]

Thời kỳ làm linh mục, Nguyễn Kim Điền tham gia kể chuyện trong các buổi chiếu phim câm sau các buỗi lễ chiều thứ bảy. Các phim do ông lồng tiếng có nội dung đa dạng: phim về các thánh Công giáo, phim hài Charlot, phim Tin tin et Milou. Ông cũng đi cùng các tu sĩ thuộc nhóm Truyền giáo di chuyển bằng ghe, bằng xuống đến các họ đạo ở vùng xa hoặc vùng chến sự. Thời kỳ từ năm 1954 đến năm 1960, tình hình chiến tranh cơ bản ổn định hơn, nhóm giáo sĩ này dễ dàng hoạt động tại vùng nông thôn.[15] Cũng trong khoảng thời gian làm linh mục, Nguyễn Kim Điền dịch bản Kinh Hòa Bình, sau đó đưa cho người thanh niên trẻ tuổi Kim Long (sau trở thành linh mục) viết nên bài hát "Kinh Hòa Bình".[25]