Székely határőrkatona családban született, 1805-ben már a helybeli unitárius iskola tanulója, ahol iskolamestere a kor felfogása szerint különösen a latin nyelv elemeinek elsajátítását szorgalmazta. Mivel a láthatóan kiemelkedő fiút az igényes lófőrendű család továbbtanulásra szánta, édesanyja otthon Haller János Hármas históriáját olvasgatta neki, ezáltal a történelmet már gyermekként megkedvelte. A továbbtanulás útja az unitáriusok székelykeresztúri algimmnáziumába vezette, ahol tanárai közül különösen Koronka József és az eposzíró Aranyosrákosi Székely Sándor járult hozzá szellemi gyarapodásához. A szünidőben a német nyelv tanulása került előtérbe, ennek érdekében szülei Brassóba küldték. A gimnáziumi éveket 1817-től Kolozsváron az Unitárius Kollégiumban töltötte. 1821-ben a piaristák vezetése alatt álló királyi lyceumba, ahol 1823-ban jogi diplomát szerzett. Még abban az évben megkezdte hivatalnoki pályáját a Kolozsvárt székely Guberniumnál, ahol írnokként alkalmazták. 1848-ig maradt a Főkormányszék tisztségviselője, miközben a ranglétra viszonylag magas fokára jutott el. 1842-től mint főkormányszéki lajstromozó dolgozott. 1849-ben Szemere Bertalan belügyminisztériumi osztálytanácsossá akarta kinevezni, de ezt nem fogadta el. 1849. július-augusztusban Kolozsvárott országos büntető főtörvényszéki bíró. 1850-től büntető törvényszéki bíró, 1852-től besztercei kerület törvényszéki tanácsosa, 1857-től úrbéri törvényszéki tanácsos, 1861-től táblai ülnök, 1862-től közügyi igazgató, 1865-67-ben erdélyi legfőbb törvényszéki tanácsos volt.
Erdély történetének különböző kérdéseivel foglalkozott. Az 1820-as évek végén már úgy ismerték, mint az erdélyi történetírás egyik ígéretét. Történetkutatói irányának alakulására jó hatással volt az erdélyi magyar művelődési életben bekövetkezett változás. 1828-ban Pethe Ferenc szerkesztésében megindult az Erdélyi Híradó, amely a reformkori mozgalmak legfőbb irányító szerve lesz, s az már ezek keretében történő eseménynek számított, hogy 1830-ban kiadták a Nemzeti Társalkodót, majd 1834-ben a népszerűsítő Vasárnapi Újságot. Az előbbi, amelynek szerkesztésében tevékenyen részt vett, az erdélyi magyar történetírás fórumává vált. 1831 és 1848 között adatközlés, vita, tanulmány, hozzászólás és romantikus 'történet' formájában folyamatosan közölte írásait. A tudományos történetírás ügyét a Nemzeti Társalkodóban írt forráskritikai cikkeivel s bírálataival szolgálta. A kritikai történetírásról és forráskritikáról 1833-1834-ben 11 közleményben fejtette ki nézeteit, majd 1841-ben visszatért a kérdésre. Alapelveit a szakmai kompetencia, a történeti igazság keresése, és a források tisztelete jellemezték. Remek szakmai és baráti kapcsolatot alakított ki Kemény Józseffel, tervbe vették az erdélyi kútfők összegyűjtését és szakszerű kiadását. A sorozat első kötete 1837-ben jelent meg Erdélyország történetei tára címmel, tehát az elképzelésekhez viszonyítva (Erdélyi históriai tár; zsebkönyv) megváltozott formában. Összesen harminchat, 1540 és 1600 közt keletkezett naplót, emlékiratot, levelet, országgyűlési végzést tartalmaz, köztük néhány igen értékes forrást (Mindszenti Gábor naplója, Gálfi János önéletírása, Csikszentkirályi Bors János krónikája, nyomtatásban korábban meg nem jelent törvények és egyebek).A múltja iránt egyre inkább érdeklődő reformkori társadalom kedvezően fogadta a kötetet. A második kötet a bürokrácia útvesztői miatt végül csak 1845-ben került a nagyközönség elé.
A két kötet megjelenése közt többek között Kolozsvár műemlékeit tanulmányozta. Szakszerűen számba vette a feliratokat, címereket és más történeti emlékeket, és eredményeiről a Nemzeti Társalkodó 1840. és 1841. évi folyamában számolt be Vándorlások Kolozsvár várfalai körül címmel. A város terjeszkedése által veszélyeztetett, később nagyrészt meg is semmisült várfalak és kapuk tanulmányozása és leírása akkor időszerű feladat volt. A várfalakon feltárt címereket felhasználva kitért a heraldika akkori helyzetére. A történelmi emlékek megóvásáért való töprengései s természetesen a közismert példák vezették el a nemzeti múzeum-alapítás gondolatához. 1842 januárjában tanulmányt tett közzé Kolozsvárt Az erdélyi magyar nemzeti Museum ügyében címmel, s benne Széchenyi szellemében vázolta fel a múzeum szükségességét éppen a történeti emlékek megmentése, valamint a műveltség terjesztése szempontjából. Ez a gondolatgazdag fejtegetés szervesen illeszkedik be irodalmi munkásságába, és mintegy elméleti előkészítése annak, hogy Kemény József és Kemény Sámuel 1841 februárjában tett felajánlásából valóban megszülethessen az Erdélyi Nemzeti Múzeum. Az 1850-es évek elején felmérette és rendeztette több erdélyi vármegye és város levéltári anyagát. Ennek eredményeit tette közkincsé a Mikó Imre szerkesztésében megjelenő Erdélyi történelmi adatok című forráskiadvány első kötetében. 46 kötetben összegyűjtött kéziratait a Kolozsvári Unitárius Kollégiumra hagyományozta.
A Magyar Tudományos Akadémia 1845. november 22-én választotta levelező tagjává. Régi történetírásunk Erdélynek Magyarországhoz volt kapcsoltatása korszakára nézve című székfoglaló előadása 1846. június 17-én hangzott el.
Fő művei: Erdélyország történeti tára. I-II. Kolozsvár, 1837-45.; Az erdélyi magyar Nemzeti Museum ügyében. Kolozsvár, 1842.; A székely nemek és ágak lajstroma Marosszékben 1545-48-ig. In: Erdélyi történelmi adatok. I. Szerk.: Mikó Imre. Kolozsvár, 1855.; A régi történetírásunk Erdélynek Magyarországhoz való kapcsoltatása korszakára nézve. Magyar Tudós Társaság Évkönyvei, 1860.
Róla szóló irodalom: Szilágyi Sándor: Emlékbeszéd Kovács István fölött. Bp., 1876.; L. Márkos Albert: Nagyajtai Kovács István. In: Emlékkönyv az Erdélyi Múzeum-Egyesület félszázados ünnepére 1859-1909. Szerk. Erdélyi Pál. Kolozsvár, 1909-1942. Egyed Ákos: Nagyajtai Kovács István és az erdélyi magyar tudományos történetírás kibontakozása. Erdélyi Múzeum, 1993.
