Проявил себя талантливым критиком, публицистом, историком, мемуаристом, хроникером. По инициативе Н.Г. Рубинштейна с 1862 г. начал писать статьи и рецензии на концерты и музыкальные спектакли для «Московских ведомостей», первым начал вести в газете постоянную музыкальную хронику. Сотрудничал в других периодических изданиях. Один из первых русских теоретиков и историков музыкального образования. Автор фундаментальной работы «Основы понимания музыки» (1899 г., не опубликована). Работы Н.Д. Кашкина имеют важное значение в историографии русского церковного пения. В монографической статье «П.И. Чайковский и его церковные композиции» исследователи считают особенно ценным сообщение Н.Д. Кашкина о том, что П.И. Чайковский готовил проект крупной работы в области церковной музыки на основе древних напевов, оставшийся неосуществлённым. Н.Д. Кашкину принадлежат также воспоминания о деятелях Синодального училища и хора. В ряде критических статей в периодике 1896–1903 гг. Н.Д. Кашкин выступал как сторонник Нового направления в русской духовной музыке, представленного творчеством Александра Дмитриевича Кастальского, Александра Тихоновича Гречанинова, Павла Григорьевича Чеснокова и других авторов московской школы. Суть нового течения Н.Д. Кашкин видел в опоре на древние распевы, определяющие как церковный, так и национальный характер песнопений. Кроме того, придавал большое значение художественной значимости и оригинальности произведений, техническому мастерству композитора, в частности, «контрапунктической технике», которую трактовал в широком смысле как средство создания развитой многоголосной фактуры. Крупнейшей фигурой «современного движения» Н.Д. Кашкин считал А.Д. Кастальского, переложения которого открывают «новые широкие горизонты в области обработки старинных церковных напевов»; подчёркивал «колоссальное значение» А.Д. Кастальского как композитора, завершающего длительный этап поисков самобытного национального стиля в церковном пении в XIX в., которые вели «такие корифеи национального искусства, как Бортнянский, Чайковский, Римский-Корсаков». В разделе «Новейшая церковная музыка в России», включённом в «Очерк по истории русской музыки» (М., 1908 г.), Н.Д. Кашкин называет А.Д. Кастальского и А.Т. Гречанинова «главными столпами нового направления в русской церковной музыке». Статьи и рецензии Н.Д. Кашкина вместе с работами Николая Фёдоровича Финдейзена, Ивана Васильевича Липаева, протоиерея Михаила Александровича Лисицына составили основу музыкальной критики Нового направления.