Ông ngoại Hồ Phi Hội là một nhà nho uyên thâm, cố ngoại Hồ Phi Tích đã từng đỗ hoàng giáp và làm quan đến chức quận công. Anh rể của ông, chồng của chị Nguyễn Thị Quỳnh, chính là Hoàng Phan Thái, người đã khởi nghĩa chống Nam triều và bị chém đầu. Hoàng Phan Thái cũng nổi tiếng văn chương, đỗ đầu xứ, có nhiều giai thoại đặc sắc. Ông được học với nhiều thầy giỏi như đốc học Võ Văn Dật, thám hoa Nguyễn Đức Đạt và tiến sĩ Phan Sĩ Thực. Vì vậy, từ nhỏ ông đã chuyên về nghiên bút văn chương, có tiếng học giỏi, thi đỗ đầu xứ vào năm 27 tuổi, sau đó đỗ cử nhân, nhưng nhiều lần thi Hội không đỗ.
Từ 1873, Nguyễn Thức Tự được triều đình nhà Nguyễn cho vào hàng ngũ quan chức. Lần lượt làm Hậu bổ ở Hà Tĩnh, làm tri phủ các huyện Hương Khê, Thạch Hà, tri phủ Đức Thọ, cho đến năm 1880 thì giữ chức Chánh sơn phòng sứ tỉnh Hà Tĩnh. Vì vậy, người ta hay gọi ông là cụ Sơn.
Vào năm 1884, bà Hồ Thị Duyệt mất, ông xin về chịu tang, rồi ở luôn tại nhà, không đi làm quan nữa. Triều đình nhiều lần cho vời, ông một mực từ chối, ông bắt đầu mở trường dạy học ngay ở quê nhà (có đôi lần đi dạy ở một số huyện khác) và tiếp tục nghề nhà giáo hơn 30 năm cho đến khi mất (1923).
Nguyễn Thức Tự nổi tiếng là một thầy giáo đạo cao đức trọng. Ông đã dạy đến trên 400 học trò, trong đó nổi lên cả một thế hệ nhân tài của đất nước từ cuối thế kỷ XX. Có những người học với thầy:
- Được đỗ đạt cao, ra làm quan theo đường giáo giới hay chính giới, và đều giữ được phẩm chất của nhà nho, của con người trí thức chân chính. Đó là các ông hoàng giáp Đinh Văn Chấp, hoàng giáp Nguyễn Đức Lý, các tiến sĩ Hoàng Kiêm, Nguyễn Mai, phó bảng Vương Đình Trâm, Nguyễn Thúc Đinh, Nguyễn Sinh sắc, Đặng Nguyên cẩn…
- Có những người khác không tiến thân bằng con đường quan trường, nhưng đã dấn thân vào công cuộc cứu dân, cứu nước. Gần như những yếu nhân trong các phong trào Đông Du, Duy Tân, Việt Nam Quang Phục hội... đều là học trò ông. Đó là những Đặng Thái Thân, Hoàng Trọng Mậu, Phạm Vân Ngôn, Ngô Đức Kế, và lỗi lạc nhất là Phan Bội Châu.
Trường học của thầy Nguyễn Thức Tự mở ra, cũng được gọi là trường Đông Khê, là một trường có nề nếp, có tiếng tăm. Cũng như ở một số trường học trước đây (thời các cụ Ngô Thế Vinh ở Nam Định, Nhữ Bá Sĩ ở Thanh Hoá), Nguyễn Thức Tự có ý thức lưu giữ thành tựu và truyền thông của trường mình. Ông đã tập hợp các bài phú hay của các học sinh thành cuốn sách Đông Khê hiên luật phú, để làm kinh nghiệm học tập. Làm bài cho các thế hệ học sinh, và cũng để đánh dấu những kết quả đào tạo của mình. Cậu học sinh Phan Bội Châu của ông nhiều bài được tuyển trong tập đó.
Về phương pháp giảng dạy, tuy không có điều kiện tìm hiểu giáo học pháp của Nguyễn Thức Tự, nhưng qua một vài tài liệu tản mác, ta cũng có thể hình dung được phần nào. Theo lời của Phan Bội Châu, thì Nguyễn Thức Tự là thầy giáo không phải chỉ dạy chữ, dạy theo sách (kinh sư) mà là thầy giáo dạy người (nhân sư). Có lẽ nội dung và cách thức giảng dạy của ông là làm sao cho học sinh trở thành con người xứng đáng là con người. Nhân sư là thầy dạy làm người, thầy dạy có nhân. Một bức tượng học sinh mang đến mừng ông, nói rõ là ông dạy người có hướng, có phương, dạy không chán, không mệt.
Cũng có thể căn cứ vào một số đầu đề bài dạy, hoặc một vài giai thoại của ông, mà đoán ra tinh thần giảng dạy của ông. Chẳng hạn như ông ra đề một bài phú, bắt học sinh phân tích một hình tượng: “Song tiền thảo bất trừ” (trước cửa sổ, cỏ trên sân không giẫy). Chọn đề như vậy, bắt buộc học trò phải có trình độ uyên bác mới hiểu được xuất xứ, phải có cảm nhận về triết học, có nhân sinh quan nhất định mới làm được bài. Chỉ có Phan Bội Châu hiểu ngay được ý đồ: cỏ để tự nhiên, tự tiêu tự héo, thường biếc thường xanh, ý trong vũ trụ là như vậy. Quả là sâu sắc, vừa dồi dào tri thức, vừa dồi dào mỹ cảm.
Vừa quan tâm đến giáo dục học đường, Nguyễn Thức Tự cũng có ý thức về gia đình giáo dục. Ông đã soạn ra tập Gia huấn ca để dạy dỗ con em. Những người con của ông đều trở thành các chiến sĩ cách mạng, bạn đồng chí của Phan Bội Châu (xem nội dung và chú thích bài của Hoàng Anh Tài in tiếp sau đây). Gia đình của ông là gia đình văn hoá, đồng thời gia đình cách mạng. Một đôi câu đối ghi ở sinh từ của ông, có thể nói được thực chất của gia đình Nguyễn Thức Tự, sự nghiệp giáo dục lớn lao của ông và sự ngưỡng mộ nhất trí của các thế hệ trí thức, của toàn dân Nghệ An đối với ông:
Lục thuỷ thanh sơn, vũ trụ trường lưu xuân sắc
Tả đồ, hữu sử, gia đình vĩnh đại thủ hương
Bản dịch của Hoàng Anh Tài:
Đây nước biếc, đó non xanh, xuân sắc lâu dài trong vũ trụ
Tả bản đồ, hữu sử sách, gia đình bền vững nếp thư hương.
Sưu tầm.