Przemierzył łącznie ponad 33 tys. km, publikując książkowe relacje ze swoich wypraw, gromadząc wraz ze współpracownikami wielką kolekcję fauny (7,5 tys. eksponatów) i flory (16 tys. eksponatów), w tym ponad 200 nowych gatunków. Jednym z ważniejszych zadań tych ekspedycji było sporządzanie map i chociaż uznano je później za niezbyt staranne, to były to pierwsze mapy tych obszarów dostępne Europie. Największe znaczenie w jego badaniach przyrodniczych miało odkrycie gatunku dzikiego konia stepowego, nazwanego koniem Przewalskiego (Equus przewalskii). Na jego cześć przemianowano miejscowość Karakoł, gdzie zmarł, na Przewalsk. Nazwa ta obowiązywała w latach 1889–1921 i 1939–1991. Za swoje zasługi odznaczony za życia honorowymi medalami naukowymi rosyjskimi i międzynarodowymi, przyjęty do rosyjskiej Akademii Nauk (1878) oraz awansowany na generała majora (1886).