Pada tahun 1901, Butler menjadi Pemangku Presiden Universiti Columbia, dan pada tahun 1902 secara rasmi menjadi presiden. Antara banyak orang kenamaan yang hadir pada pelantikan beliau ialah Presiden Amerika Syarikat, Theodore Roosevelt. Butler menjadi presiden Universiti Columbia selama 43 tahun, tempoh yang paling lama dalam sejarah universiti itu, yang bersara pada tahun 1945. Sebagai presiden, pemerintahan Butler menunjukkan perkembangan yang luas dalam kampus, menambah banyak bangunan, sekolah, dan jabatan yang baru termasuk Pusat Perubatan Columbia-Presbiterian, pusat perubatan akademik yang pertama di dunia.