Если ранние его исторические картины еще по-передвижнически сюжетно-бытописательны (Избрание Михаила Федоровича на царство, 1886, Третьяковская галерея), то позднее, как бы идя вослед В.М.Васнецову, он усиливает в своих образах фольклорные черты (За приворотным зельем, 1888, Саратовский художественный музей имени А.Н.Радищева), атмосферу религиозной легенды (Пустынник, 1888–1889, Третьяковская галерея). Под воздействием живописи французского символизма (П.Пюви де Шаванн и в особенности Ж.Бастьен-Лепаж) Нестеров подчеркивает идиллически-задушевное единство своих героев и окружающей природы. Таково знаменитое Видение отроку Варфоломею (будущему Сергию Радонежскому; 1889–1890, Третьяковская галерея), написанное близ Абрамцево, – картина, где чувством чудесного проникнуты в равной мере и фигуры, и типически-среднерусский пейзаж. С этих лет художник активно работает и в сфере религиозного монументально-декоративного творчества: росписи Владимирского собора в Киеве (1890–1895), где Нестеров выступил прямым продолжателем Васнецова; мозаики и иконы церкви Спаса-на-крови в Петербурге (1894–1897), росписи храма Александра Невского в Абастумани (1902–1904), Покровского храма Марфо-Мариинской обители в Москве (1908–1911). Здесь закрепляется традиция «церковного модерна», наполняющего канонические церковные сюжеты глубоким лиризмом.

По-своему монументально-лиричны портреты художника; наиболее выразительны созданные им образы родных и духовно-близких людей (О.М.Нестерова, или т.н. Амазонка (дочь художника), 1906; П.А.Флоренский и С.Н.Булгаков, или Философы, 1917). В больших, «соборных» картинах Нестеров стремится выразить чаемые рубежи великого духовного обновления (Великий постриг, 1897; Святая Русь, 1901–1906). Самое большое полотно мастера, На Руси (Душа народа, 1916), включает в толпу «очарованных странников» фигуры Достоевского, Льва Толстого и Владимира Соловьева. Неизменно весьма важную, порой самоценную роль играет лирический пейзаж (написанное по соловецким впечатлениям Молчание, 1903).

Не приняв революции, Нестеров уединяется в творчестве. Религиозные сюжеты (где мастер варьирует прежние мотивы) допускаются лишь на «экспорт», а единственная его постреволюционная выставка (1935) носит закрытый, «спецпропускной» характер. В эти годы художнику лучше всего удается выразить себя в портретах; он пишет людей искусства и науки как своего рода подвижников творческой аскезы. Таковы Художники П.Д. и А.Д.Корины (1930), Академик И.П.Павлов (1935), Скульптор И.Д.Шадр (1934), Скульптор В.И.Мухина (1940; все работы – в Третьяковской галерее) и др. В последние десятилетия жизни Нестеров увлеченно работал над воспоминаниями, которые вышли отдельной книгой (под названием Давние дни) в год его кончины.

Умер Нестеров в Москве 18 октября 1942.