Ngài làm quan hai trào vua, từ đời Minh mạng đến đời Ninh Vương. Ngài kế vị nhạc phụ là cụ Trần Đình Ân, khi cụ về hưu, ở chức Tham chánh Chánh đoạn Sứ.

Ngài hay chữ, có biệt tài thi văn. Ngài thảo bộ sách Nam triều Công nghiệp Diễn chí, diễn tả công nghiệp của các triều vua nhà Nguyễn.

Khi ngài đã về hưu, một ngày kia tắm gội sạch sẽ, mặc đồ trào phục trở mặt hướng Nam lạy hai lạy rồi tới chỗ nằm mà mất. Vua phong tặng chức Hiệp mưu Đồng đức Công thần, Đặc tấn Khai phụ Thượng trụ Quốc, Kim từ Vinh lộc Đại phu, Đại lý Thượng Khanh. Ngài được thờ ở Miếu Công Thần. Năm Khải Định thứ 4, có sắc của Vua phong ngài là Đức Báo trung Hưng linh Phò Tôn thần. Làng An Cựu rước sắc ấy về thờ tại nhà thờ làng.

Mộ Nguyễn Khoa Chiêm nằm kề bên mộ vợ (song táng), tọa lạc tại đất nội táng (vườn giữa) của dòng họ Nguyễn Khoa, thuộc thôn Tứ Tây, xã Thủy An, thành phố Huế. Mộ ông hình chữ nhật, quay về hướng Nam, xung quanh la thành và phần mộ xây bằng gạch vồ, nguyên liệu xây dựng chủ yếu bằng vôi, mật mía, keo da trâu tạo thành một hợp chất như xi măng. La thành mộ dài 7,17m; rộng 4,80m; chỗ cao nhất cao 1,40m, giữa thành thấp nhất cao 0,94m. Cách mộ ông khoảng 18m là mộ cải táng của Nguyễn Khoa Đăng.

Toàn thể khu mộ này đã được Bộ Văn hóa Thông tin công nhận di tích theo quyết định số 57/VH-QĐ ngày 18 tháng 1 năm 1993.