เมื่อวันอังคารเดือน 6 ขึ้น 11 ค่ำ ปีกุน เบญจศก จ.ศ. 1225 ตรงกับวันที่ 28 เมษายน พ.ศ. 2406 และได้รับพระราชทานพระนามจากสมเด็จพระบรมชนกนาถโดยมีพระราชหัตถเลขา ดังนี้[10]

"สมเด็จพระปรเมนทรมหามงกุฎ พระจอมเกล้าเจ้ากรุงสยามผู้พระบิดา ขอตั้งนามบุตรชายที่ประสูติจากหญิงแฉ่พรรณรายผู้มารดา ในวันอังคาร เดือน 6 ขึ้น 11 ค่ำ ปีกุนเบญศกนั้นว่า พระเจ้าลูกยาเธอ พระองค์เจ้าจิตรเจริญ สิงหนาม ขอจงมีความเจริญชนมายุ พรรณ สุข พล ปฏิภาณ ศุภสารสมบัติ สุวรรณหิรัญรัตนยศบริวารศฤงคารศักดานุภาพ ตระบะเดชพิเศษคุณสุนทรศรีสวัสดิ พิพัฒนมงคลพิบุลยผลทุกประการ เทอญ"

เมื่อครั้งที่สมเด็จพระราชบิดาสวรรคต มีพระชันษาแค่ 5 ปี แต่ทรงจำถึงตอนหนึ่งว่า "สมเด็จพระราชบิดาทรงประทับนั่งที่เก้าอี้ที่หมุนได้ ทรงฉลองพระองค์สีแดงสด"

ในปี พ.ศ. 2428 ได้รับการสถาปนาจากพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวขึ้นเป็นพระองค์เจ้าต่างกรม มีพระนามตามจารึกในพระสุพรรณบัฏว่า พระเจ้าน้องยาเธอ กรมขุนนริศรานุวัติวงษ[11] นอกจากนี้ พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวยังมีพระราชดำริว่า หม่อมเจ้าพรรณราย พระมารดาในพระเจ้าน้องยาเธอ กรมขุนนริศรานุวัติวงษนั้น นับเป็นพระเจ้าหลานเธอในพระบาทสมเด็จพระนั่งเกล้าเจ้าอยู่หัว และเป็นพระขนิษฐาร่วมพระชนกในสมเด็จพระเทพศิรินทราบรมราชินี (สมเด็จพระบรมราชชนนีในพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว) ดังนั้น พระเจ้าน้องยาเธอ กรมขุนนริศรานุวัติวงษจึงมีพระอัยการ่วมกับพระองค์ พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวจึงมีพระบรมราชโองการสถาปนา พระเจ้าน้องยาเธอ กรมขุนนริศรานุวัติวงษ ขึ้นเป็นพระเจ้าน้องยาเธอ เจ้าฟ้ากรมขุนนริศรานุวัติวงษ พร้อมกันนี้ทรงสถาปนาพระเชษฐภคินีในพระเจ้าน้องยาเธอ กรมขุนนริศรานุวัติวงษขึ้นเป็น พระเจ้าน้องนางเธอ เจ้าฟ้ากรมขุนขัตติยกัลยา ด้วย[12]

หลังจากที่ได้รับราชการสนองพระเดชพระคุณในตำแหน่งต่าง ๆ เช่น เสนาบดีกระทรวงโยธาธิการ เสนาบดีกระทรวงพระคลัง เสนาบดีกระทรวงกลาโหม ผู้บัญชาการกรมยุทธนาธิการ ผู้บัญชาการทหารเรือ จนกระทั่งได้รับพระราชทานพระยศเป็น พลโท เมื่อวันที่ 20 กันยายน พ.ศ. 2444 พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวจึงมีพระราชดำริเห็นควรที่จะสถาปนาให้ดำรงพระอิสริยยศที่ "กรมหลวง" ได้ กอปรกับการสิ้นพระชนม์ของสมเด็จพระเจ้าน้องยาเธอ เจ้าฟ้าจาตุรนต์รัศมี กรมพระจักรพรรดิพงษ์ ซึ่งเป็นพระโสทรานุชา พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวจึงทรงสถาปนาพระเจ้าน้องยาเธอ เจ้าฟ้ากรมขุนนริศรานุวัติวงษขึ้นเป็นเจ้าฟ้าต่างกรม มีพระนามตามจารึกในพระสุพรรณบัฏว่า สมเด็จพระเจ้าน้องยาเธอ เจ้าฟ้ากรมหลวงนริศรานุวัตติวงษ์ เมื่อ ปี พ.ศ. 2448[13]

เมื่อ พ.ศ. 2452 พระองค์ประชวรด้วยโรคพระหทัยโตขณะที่ยังทรงรับราชการในตำแหน่งเสนาบดีกระทรวงวังจึงได้กราบถวายบังคมลาออกจากราชการ โดยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวได้พระราชทานพระบรมราชานุญาตตามที่ทรงขอ จนถึงรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว ถึงแม้ด้วยพระโรคที่พระองค์เป็นอยู่นั้นไม่เอื้ออำนวยให้พระองค์ทรงสามารถรับราชการในตำแหน่งที่สำคัญ ๆ ได้ แต่พระองค์ก็ยังคงรับราชการส่วนพระองค์ในพระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว โดยทรงออกแบบงานต่าง ๆ ตามพระราชประสงค์ เช่น พระโกศพระบรมอัฐิและพระวิมานทองคำลงยาราชาวดีสำหรับประดิษฐานพระบรมอัฐิพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว เป็นต้น ดังนั้น พระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัวจึงมีพระบรมราชโองการเลื่อนกรมสมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ เจ้าฟ้ากรมหลวงนริศรานุวัตติวงษ์ขึ้นเป็นกรมพระ มีพระนามตามจารึกในพระสุพรรณบัฏว่า[14] สมเด็จพระเจ้าบรมวงษ์เธอ เจ้าฟ้ากรมพระนริศรานุวัดติวงศ์ มหามกุฏพงศ์นฤบดินทร ปรมินทรานุชาธิเบนทร์ ปรเมนทรราชปิตุลา สวามิภักดิ์สยามวิชิต สรรพศิลปสิทธิวิทยาธร สุรจิตรกรศุภโกศล ประพนธปรีชาชาญโบราณคดี สังคีตวาทิตวิธีวิจารณ์ มโหฬารสีตลัธยาศรัย พุทธาทิไตรรัตนสรณานุวัติ ขัตติยเดชานุภาพบพิตร

ต่อมาวันที่ 31 ธันวาคม พ.ศ. 2488 สมเด็จพระเจ้าอยู่หัวอานันทมหิดลจึงมีพระบรมราชโองการให้เลื่อนเป็นกรมพระยา มีพระนามตามจารึกในพระสุพรรณบัฏว่า สมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ เจ้าฟ้ากรมพระยานริศรานุวัตติวงศ์ มหามกุฎพงศนฤบดินทร์ ปรมินทรานุชาธิเบนทร์ อัฐเมนทรราชอัยยกา สวามิภักดิ์สยามวิชิต สรรพศิลปสิทธิวิทยาธร สุรจิตรกรศุภโกศล ประพนธปรีชาชาญโบราณคดี สังคีตวาทิตวิธิวิจารณ์ มโหฬารสีตลัธยาศรัย พุทธาทิไตรรัตนสรณานุวัตน์ ขัตติยเดชานุภาพบพิตร ทรงศักดินา 50000[15]

ตั้งแต่รัชสมัยพระบาทสมเด็จพระปกเกล้าเจ้าอยู่หัว พระองค์ทรงใช้เวลาส่วนใหญ่กับงานศิลปะและวิทยาการจนพระกำลังพระปัญญาเสื่อมลงทุกที ด้วยทรงพระชราด้วยโรคภัยเบียดเบียน คือ โรคพระหทัยโต หลอดลมอักเสบเรื้อรัง และโรคเส้นพระโลหิตแข็ง วันที่ 10 มีนาคม พ.ศ. 2490 จึงสิ้นพระชนม์โดยสงบ ขณะมีพระชันษาได้ 83 ปี มีการจัดพิธีพระราชทานเพลิงพระศพ ณ พระเมรุท้องสนามหลวง เมื่อวันที่ 19 เมษายน พ.ศ. 2493 โดยใช้พระเมรุองค์เดียวกับพระเมรุมาศพระบาทสมเด็จพระปรเมนทรมหาอานันทมหิดล พระอัฐมรามาธิบดินทร[16] และนับเป็นพระราชโอรสเพียงพระองค์เดียวในพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวที่มีพระชนม์ชีพมาถึงรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระมหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร