Научные интересы и сферы научной деятельности. Крупнейший специалист в области русской истории феодального периода и археографии. С середины 1960-х гг. – организатор и руководитель археографических экспедиций в Сибири, благодаря которым на государственное хранение поставлено большое кол-во уникальных рукописей и старопечатных книг. Эти находки позволили всерьез говорить об археографическом открытии Сибири. С 1975 под руководством Н.Н. Покровского издается серия «Археография и источниковедение Сибири» (в 2007 вышел 26-й вып.). Каждый выпуск составлен из статей, посвящённых исследованию источников, вновь вводимых в научный оборот. С 1993 под его руководством выходит серия «История Сибири. Первоисточники», её цель – научная публикация источников по сибирской истории (в 2005 вышел 12-й вып.).
Авт. работ, посвящённых широкому кругу проблем российской истории XVI–XX вв., древнерусской культуре и общественной мысли населения России, вопросам источниковедения, архивоведения и археографии. Одно из направлений его научной деятельности – изучение Сибири. Особое внимание в работах уделено проблеме возникновения и функционирования демократических земских организаций в Сибири в XVII в., их взаимоотношения с местной и центральной властью. Благодаря привлечению новых источников детально изучены движущие силы, ход и последствия Томского восстания 1648–49, которое наглядно демонстрирует логику общих законов социальных столкновений и развития народного общественного сознания в системе российской монархии. Изучение Н.Н. Покровским старообрядчества востока страны, крестьянской урало-сибирской письменности XVIII–XX вв. существенно изменило представления о духовной жизни русского крестьянства, выявив ее богатство и многообразие. Это внесло существенный вклад в исследование проблем общественного сознания населения России.
Научная, научно-педагогическая и административная деятельность C 1965 работает в Институте истории, филологии и философии СО АН СССР (с 1990 – Институт истории СО РАН): научный сотрудник, зав. сектором археографии и источниковедения, зам. директора по научной работе. С 2003 – советник РАН. Председатель Сибирского отделения Археографической комиссии РАН, и.о. зам. пред. Археографической комиссии РАН (с 1981), член Президиума СО РАН (1997–2001), председатель Редакционно-издательского совета СО РАН (1997–2001). Много лет был профессором Новосибирского гос. университета, где читал лекции по курсам отечественной истории, историографии, истории русской культуры. Им создана научная школа, представители которой работают во многих городах России, в т. ч. в Москве, С.-Петербурге, Екатеринбурге, Новосибирске, Хабаровске, Томске.
Основные научные труды и крупные публикации за последние годы: Российская власть и общество: XVII–XVIII вв. Новосибирск, 2005: Путешествие за редкими книгами. Новосибирск, 2005
Староверы-часовенные на востоке России в XVIII–XX вв.: Проблемы творчества и общественного сознания. М., 2002 (соавт.)
Степенная книга царского родословия по древнейшим спискам: Тексты и комментарии
в 3 т. /Подг. под рук. Н.Н. Покровского. М., 2007–2010.
Государственные и научные награды. Лауреат Общенациональной Демидовской премии (1995), ордена Почета, Дружбы, Святого Макария III степени.