В последние годы жизни Н.Н.Зинин тяжело болел, особенно в конце 1878г. Товарищи по Медико-хирургической академии, среди которых был знаменитый уже тогда С.П.Боткин, отнеслись к Зинину с большим вниманием. Лето 1879г. впервые за последние 15 лет больной провел на даче и это принесло значительную пользу здоровью. Однако в октябре состояние больного ухудшилось и 6 февраля 1880г. Зинин скончался.
Похоронили его на Смоленском кладбище. Надгробную речь в числе других произнесли его ученики А.П.Бородин и А.М.Бутлеров, закончивший речь словами: «Имя Зинина будут всегда глубоко чтить те, которым дороги и близки к сердцу успехи и величие науки в России».
Казань и Казанский университет помнят и чтят Н.Н.Зинина. В старом здании химической лаборатории Казанского университета располагается Химический институт им.А.М.Бутлерова и в нем музей Казанской химической школы. На фасаде здания восемь мемориальных досок с именами великих ученых, работавших здесь: Н.Н.Зинина, К.К.Клауса, А.М.Бутлерова, В.С.Марковникова, А.М.Зайцева, Ф.М.Флавицкого, А.Е.Арбузова, Б.А.Арбузова. В самом здании в первозданном виде сохранена аудитория, где Зинин читал лекции студентам и химическая лаборатория. В одном из шкафов с химическими веществами хранится препарат анилина, синтезированный Зининым и собственноручно запаянный им в ампулу, а также другие производные аминобензола и нафталина, полученные Зининым.
В музее также хранятся два тома лекций, читанных Зининым в Медико-хирургической академии, изданные литографическим способом в 1851 и 1855гг.
В аудитории в 1903г по решению Совета университета установлены бюсты Н.Н.Зинина и его талантливого ученика А.М.Бутлерова. Одна из улиц Казани названа именем Н.Н.Зинина.