У 1866 р. одружився з Єлизаветою Іванівною Масальською.
13 січня 1867 р. був затверджений у званні кандидата богослов'я, а в вересні 1867 р. призначений викладачем логіки Волинської семінарії. 11 квітня 1868 р. одержав Євгенієво-Рум'янцевську премію за дослідження розпочате в 1866 р.: «Про словесні науки та літературні заняття у Київській академії від початку її до перетворення в 1819 році» (рос.О словесных науках и литературных занятиях в Киевской академии от начала её до преобразования в 1819 году). З 12 серпня 1868 р. — секретар правління Волинської семінарії, а 7 листопада 1868 р. затверджений у званні магістрабогослов'я.
Від 1870 р. — викладач Київської духовної академії (КДА): з 24 квітня 1870 р. — доцент, з 17 вересня 1871 р. — екстраординарний професор кафедри теорії словесності та історії російської літератури.
Після захисту дисертації «Про походження слов'яно-російського „Прологу“» (рос.О происхождении славяно-русского „Пролога“) 18 листопада 1875 р. отримав вчений ступінь доктора богослов'я. І 24 вересня 1876 р. обраний на посаду ординарного професора. У 1878—1919 рр. очолював Церковно-археологічний музей при Київській духовній академії, де було зібрано коло 40 тисяч пам'яток духовної і матеріальної культури.
У 1884—1887 рр. редагував видання «Київські єпархіальні відомості» (рос.Киевские епархиальные ведомости).
У 1890—1911 рр. — член правління КДА. З 4 серпня 1895 р. — заслужений ординарний професор КДА; з 1912 р. — почесний професор КДА.
1895 — Макаріївська премія — за дослідження «Київська академія в другій половині XVII століття».
1898 — велика золота медаль Російського археологічного товариства — за твори: «Покажчик Церковно-археологічного музею при Київській духовній академії», «Історико-топографічні нариси стародавнього Києва» і «Опис рукописних зібрань, що знаходяться в м. Києві».
1908 — Макаріївська премія — за підготовку п'яти томів «Актів і документів, які стосуються історії Київської академії»
1913 — неповна Макаріївська премія — за «Нариси історії української літератури XVII і XVIII ст.»
1914 — велика золота медаль Російського археологічного товариства — за «Альбом пам'яток Церковно-археологічного товариства при Київській духовній академії»
Праці
Провідна думка його літературознавчих праць є твердження, що українська література є самодостатньою, і не становить одну з гілок російської літератури[1].
«Опис рукописів, що містяться в Музеї Церковно-археологічного товариства при Київській духовній академії» — 1875, 1877, 1879, 1892—1904 (рос.Описание рукописных собраний, находящихся в г. Киеве).(рос. дореф.)
«О происхождении и составе славяно-русского печатного Пролога», 1875.(рос. дореф.)
«Японська колекція в Церковно-археологічному музеї», 1881.
«Описание рукописных собраний, находящихся в городе Киеве. Собрание рукописей Московского митрополита Макария (Булгакова), Мелецкого монастыря на Волыни, Киево-Братского монастыря и Киевской духовной семинарии», 1892.(рос. дореф.)
«Покажчик Церковно-археологічного музею при Київській духовній академії» (рос.Указатель Церковно-археологического музея при Киевской духовной академии), К., 1897.(рос. дореф.)
«Киевская академия во второй половине XVII века», 1895.(рос. дореф.)
«Первый (малорусский) период жизни и научно-философского развития Григория Саввича Сковороды», 1902.
«Нариси з історії української літератури XVII та XVIII століть», 1911 (рос.Очерки истории украинской литературы XVII и XVIII вв.), К., 1911.(рос. дореф.)
«Альбом визначних пам'яток Церковно-археологічного музею при Київській духовній академії» — 1912—1915.
«Историко-топографические очерки древнего Киева»(рос. дореф.)
«Актов и документов, относящихся к истории Киевской академии»
«Волынь: Исторические судьбы Северо-Западного края». СПб., 1888.(рос. дореф.)
«Киев, его святыни и памятники». СПб., 1896.(рос. дореф.)
"О росписании стен и вообще об украшении Киевского Владимирского собора. Киев: Тип. И. И. Горбунова, 1899. 80 с.(рос. дореф.)
«Акты и документы, относящиеся к истории Киевской духовной академии», т. 1—5. К., 1904—1908. (elib.nplu.org)(рос. дореф.)
«Ученые труды по исследованиям новооткрытых в Киеве Зверинецких пещер» Петроград: Тип. Рос. акад. наук, 1918. 29 с. (elib.nplu.org)(рос. дореф.)
↑Михаил Булгаков, Избранные произведения в двух томах. Т.1 / Сост. предисл., коммент. Л. М. Яновской. — К.: Дніпро, 1989. — 766 с. — С.15 («Моя земля!» Небольшая прогулка вместо предисловия)
Редин Е. К., Профессор Н. И. Петров: По поводу исполнившегося тридцатилетия его ученой деятельности. «Археологическая летопись Юго-Западной России», 1904, № 4—5. (рос.)
Портнова Т. Петров Микола Іванович // Українські архівісти (XIX—XX ст.): Біобібліографічний довідник / Упоряд.: І. Б. Матяш (кер.), С. Л. Зворський, Л. Ф. Приходько, Р. В. Романовський, Л. М. Федорова. Держкомархів України. УНДІАСД. — К., 2007. — С. 476—478. — 752 с. — ISBN 978-966-625-050-9.