Получая доходы, Демидов уделял часть из них на общественные нужды. В 1807 году он пожертвовал большое каменное здание в Гатчине для Гатчинского сельского воспитательного дома. В 1812 году, 12 июля, после молебна в Московском Успенском соборе, в присутствии государя, Николай Никитич торжественно обязался собрать на свои средства полк, который и содержал до конца войны с французами. Шефом этого известного под именем Демидовского полка был сам Николай Никитич. В конце 1813 года Демидов подарил Московскому университету весьма ценную коллекцию редкостей, состоявшую более чем из 3 000 экземпляров редких минералов, раковин, чучел животных и пр., и этим пожертвованием положил основание новому музею по естественной истории. За это пожертвование Демидов избран в почетные члены Московского университета, а имя его, как жертвователя, занесено на одну из досок в актовом зале университета. В 1819 году Демидов внес в Высочайше учрежденный комитет оказания помощи инвалидам 100 000 рублей. В 1821 году он же пожертвовал 50 000 рублей в распоряжение Высочайше учрежденного Комитета для оказания помощи наиболее пострадавшим от наводнения жителям Петербурга. Кроме того, Демидов щедрыми пожертвованиями участвовал во многих сооружениях на благотворительные или вообще общественные цели: в сооружении триумфальных ворот в Петербурге, в постройке госпиталя в Лаишеве, Казанской губернии, Пермской больницы, попечительного о тюрьмах Комитета, в сооружении памятников герцогу Ришелье в Одессе и Павлу Демидову в Ярославле. В 1825 году он пожертвовал свой дом в Москве для Дома трудолюбия и дал сто тысяч рублей на его перестройку; за это крупное пожертвование Демидов был награжден орденом св. Владимира 2-й степени и табакеркой с портретом императрицы Александры Феодоровны. В 1827 году Демидов поднес государю в дар крупных размеров платиновый самородок весом 10 фунтов 54 золотника и удостоился получить за это богатую табакерку с портретом государя. Демидов играл также немаловажную роль в деле колонизации Южной России. В 1822 году он купил в Херсонской губернии, в Тираспольском и Херсонском уездах, 18 000 десятин земли с незначительным населением и перевел сюда крестьян из своих северных вотчин. С энергией человека, взявшегося за новое дело, Демидов начал устраивать свои новоприобретенные имения, заводил в них виноградники, сады, разводил редкие породы рогатого и мелкого скота, причем не жалел денег, чтобы достигнуть в этом отношении желаемых результатов. Он выписывал лучшие сорта виноградных лоз и фруктовых деревьев из Франции и Италии, лошадей — из Англии, мериносов из Швейцарии, выписывал холмогорский скот, оренбургских коз и горных кавказских лошадей, кроме того, производил опыты культивирования хлопка и сальфора. Горячность и торопливость, какие проявлял Демидов относительно устройства своих имений в сельскохозяйственном отношении, вскоре оказались лишь плодом временного увлечения скучающего заводчика, и затем вскоре наступило разочарование в пригодности земель Херсонской губернии для нужных культур растений и для разведения улучшенных пород скота. Назначенный во Флоренцию русским посланником, Демидов устроил здесь на свои средства художественный музей и богатейшую картинную галерею, в которых собрал произведения знаменитых художников, весьма ценные изваяния из мрамора и бронзы и массу разных других редкостей. Коллекция эта после смерти Демидова досталась по наследству сыну его Анатолию и перевезена была им в Петербург. Во Флоренции Николай Никитич устроил на свои средства дом для призрения престарелых и сирот и пожертвовал на содержание его особый капитал. Признательные граждане Флоренции в честь жертвователя назвали одну из площадей, вблизи Демидовского дома призрения, Демидовскою и поставили на этой площади статую Николая Никитича из белого мрамора, представляющую его в римской тоге, обнимающим больного ребенка. У ног его расположены четыре скорбные статуи, а на самом памятнике выбита надпись.