Aunque su nombre estaba implicado en el Juicio a los Jemeres Rojos por crímenes contra la humanidad, Chea vivía modestamente con su esposa en la frontera con Tailandia.

El gobierno del primer ministro Hun Sen perdonó a Chea cualquier intento de adelantarle un juicio, decisión que fue condenada por muchos sectores de la sociedad camboyana e internacional.

Después fue trasladado a la capital donde el tribunal internacional auspiciado por la ONU para juzgar los crímenes del Jemer Rojo lo procesó por genocidio y crimen contra la humanidad.

Argumentó que el tribunal debería retrasar los procedimientos porque su abogado holandés, Michiel Pestman, aún no había llegado.

[4]​ El 7 de agosto de 2014, Nuon Chea fue declarado culpable junto a Khieu Samphan por «crímenes contra la humanidad, exterminio, persecución política y otros actos inhumanos», por lo que fueron condenados a cadena perpetua.