Il travaille alors comme assistant de langue et littérature latines à la Faculté des lettres de Lyon (de 1957 à 1963) puis chargé d’enseignement à la Faculté des lettres de Lyon (de 1963 à 1967) - tout en travaillant à sa thèse, qu'il soutient en 1966.
Il fait alors carrière comme maître de conférences à la Faculté des lettres de Lyon (1967 à 1987) puis professeur d’archéologie romaine et gallo-romaine à l'université Paris IV (1987 à 1994).
Dans ses travaux, Robert Turcan a mis en exergue l'importance des orientalismes (Cybèle, Dionysos, Mithra, Isis, etc.) dans la vie de Rome[5], notamment via ses ouvrages Mithra et le mithracisme (1993) et Recherches Mithriaques (2016)[6].
En 2017, il publie la thèse Tibère dans laquelle il revisite le parcours du deuxième empereur en lui conférant habileté et prudence[7].
Mithras Platonicus: recherches sur l'hellénisation philosophique de Mithra, 1975, (Études préliminaires aux religions orientales dans l'Empire romain, publieés par M. J. Vermaseren, tome 47), Leiden: E.J.Brill
Les cultes orientaux dans le monde romain (1989), Paris, Les Belles Lettres, coll.«Histoire», , 2eéd., 397p. (ISBN2-251-38001-9)** (en) The Cults of the Roman Empire, Blackwell Publishers, coll.«Ancient World», , 416p. (ISBN978-0-631-20047-5) (trad. de la 2e éd.)
Le temps de Marc Aurèle (121-180): Une crise des esprits et de la "paix romaine", Paris, Faton, , 239p. (ISBN978-2-87844-159-8)
Recherches mithriaques. Quarante ans de questions et d'investigations, Paris: Les Belles Lettres, Collection: L'Âne d'or, 2016. (522 pages) (ISBN978-2-251-42063-9)
Pierre Verschueren, «Le rire de la vieille dame?: humours, sciences et politiques rue d'Ulm de 1945 à 1971», dans Pierre Serna (dir.), La Politique du rire: satires, caricatures et blasphèmes (XVIe – XXIesiècles), Ceyzérieu, Champ Vallon, (ISBN979-10-267-0073-9, lire en ligne), p.199.