Nguyễn Thuyên đi thi Hương, ba khoá đều đậu Tú tài vào các năm Bính Tý (1816), Kỷ Mão (1819), Nhâm Ngọ (1822). Đến khoa thi Hương lần thứ tư năm Ất Dậu (1825) đời vua Minh Mạng, Nguyễn Thuyên đậu Cử nhân. Ông làm quan trải ba triều vua Minh Mạng, Thiệu Trị và Tự Đức.
Trong 25 năm làm quan, Nguyễn Thuyên đã có 17 năm dạy học. Năm 1834, ông được thăng Đốc học tỉnh Thanh Hoá, rồi Đốc học tỉnh Hà Tĩnh, học trò có nhiều người đỗ đạt cao.
Do có nhiều công lao trong dạy học nên đến năm 1837 Nguyễn Thuyên được phong Phụng nghi đại phu.