В 1980-1982 и 1985-1989 годах работал преподавателем в Чувашском государственном университете. Специалист в области конституционного права и регионологии. Автор более ста статей и ряда книг по вопросам демократического и федеративного устройства государства, свободы печати, независимой судебной власти, экономической политики.
В 1989 году избран народным депутатом СССР. Был одним из руководителей комитета по законодательству Верховного Совета СССР. В 1990- 1993 гг. - министр юстиции России, назначался на эту должность в четырех составах правительства.
Был членом Совета Безопасности Российской Федерации, руководил правительственной комиссией по разрешению межнациональных конфликтов и межведомственной комиссией Совета Безопасности по республикам Северного Кавказа.
В 1992 году Указом Президента России присвоен высший чин Государственного советника юстиции Российской Федерации.
В 1993 году был избран депутатом Государственной Думы РФ первого созыва.
С января 1994 года - Президент Чувашской Республики. В 1997 году избран на эту должность во второй раз, в 2001 году - в третий.
В 1995-2001 годах являлся заместителем председателя Комитета Совета Федерации Федерального Собрания РФ по конституционному законодательству и судебно-правовым вопросам, заместителем председателя Комитета Совета Федерации по международным делам; членом комиссии по юридическим вопросам и правам человека и специальной комиссии по Чечне Парламентской Ассамблеи Совета Европы.
29 августа 2005 г. по представлению Президента Российской Федерации Владимира Путина Государственный Совет Чувашской Республики наделил полномочиями Президента Чувашии на четвертый срок.
С сентября 2010 года - член Совета Федерации Федерального Собрания Российской Федерации. С января 2011 года - представитель Российской Федерации в Парламентской Ассамблее Совета Европы (г. Страсбург). С 30 ноября 2011 года – Председатель Комитета Совета Федерации по конституционному законодательству, правовым и судебным вопросам, развитию гражданского общества.
В мае 2011 года по предложению Владимира Путина возглавил Совет директоров Фонда "Институт социально-экономических и политических исследований".
21 мая 2012 года Указом Президента Российской Федерации Владимира Путина назначен министром сельского хозяйства Российской Федерации.
22 апреля 2015 года Владимир Путин назначил Николая Федорова советником Президента Российской Федерации.
20 сентября 2015 года наделен полномочиями представителя от исполнительного органа власти Чувашской Республики в Совете Федерации.
30 сентября 2015 года на пленарном заседании Совета Федерации избран первым заместителем Председателя Совета Федерации.
22 сентября 2020 года вновь наделен полномочиями представителя от исполнительного органа власти Чувашской Республики в Совете Федерации.
Член Комитета Совета Федерации по конституционному законодательству и государственному строительству.