宣統元年（1909），孫家鼐已經83歲，年邁體衰，百病纏身。他曾連續兩次奏請開缺，宣統帝都不批準，還特意賞他三兩百年老參，讓其補養身體。十月十七日（11月29日），大約是在光緒皇帝駕崩一周年之際，孫家鼐也尋著他走過的黃泉路，乘鶴西去，在天堂裏與弟子團聚。
孫家鼐逝世後，朝野人士給予他充分的評價。郵傳部長、學者楊士琦為孫家鼐撰寫了挽聯，對其為人、學養、品格都做了生動概括：
事上也敬，行已也恭，杖於朝，杖於鄉，允矣君子；
和而不同，群而不黨，能為師，能為長，所謂大臣。
署理直隸總督張鎮芳是孫家鼐門生。他的挽聯是：
壽州相國壽者相，天子師傅天下師。
協辦大學士榮慶的挽聯是：
侍幾杖十年，自愧菲才陪末座；
共晨夕百日，每從深處見真儒。
《清史稿·列傳二百三十》在《孫家鼐傳》中寫道：
二十年，中日事起，朝議主戰，家鼐力言釁不可啟。二十四年，以吏部尚書協辦大學士，命為管學大臣。時方議變法，廢科舉，興學校，設報編書，皆特交核覆，家鼐一裁以正。嚐疏謂：“國家廣集卿士以資議政，聽言固不厭求詳，然執兩用中，精擇審處，尤賴聖知。”其所建議，類能持大體。及議廢立，家鼐獨持不可，旋以病乞罷。
二十六年，乘輿西狩，召赴行在，起禮部尚書。還京，拜體仁閣大學士。曆轉東閣、文淵閣，晉武英殿。充學務大臣，裁度規章，折衷中外，嚴定宗旨，一以敦行實學為主，學風為之一靖。議改官製，命與慶親王奕劻、軍機大臣瞿鴻礻幾總司核定。禦史趙啟霖劾奕劻及其子貝子載振受賄納優，命醇親王載灃與家鼐往按，啟霖坐汙衊親貴褫職，而載振尋亦乞罷兼官。資政院立，命貝子溥倫及家鼐為總裁，一持正議不阿。時詔諸臣輪班進講，家鼐撰尚書四子書講義以進。