บวรศักดิ์ อุวรรณโณ เริ่มรับราชการในปี พ.ศ. 2519 ในตำแหน่งอาจารย์คณะนิติศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ในปี พ.ศ. 2531 เป็นคณะที่ปรึกษานโยบายของนายกรัฐมนตรี สำนักงานเลขาธิการนายกรัฐมนตรี ในปี พ.ศ. 2532 เป็นรองเลขาธิการนายกรัฐมนตรีฝ่ายการเมือง

ต่อจากนั้นในปี พ.ศ. 2534 ได้กลับเข้ารับราชการ ภาควิชากฎหมายปกครองและกฎหมายทั่วไป คณะนิติศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ในปี พ.ศ. 2538 เป็นคณบดีคณะนิติศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และปี พ.ศ. 2542 - 2546 เป็นเลขาธิการสถาบันพระปกเกล้า ปี พ.ศ. 2546 - 2549 เป็นเลขาธิการคณะรัฐมนตรี

นอกจากนั้น ดร.บวรศักดิ์ อุวรรณโณ ยังได้รับการแต่งตั้งเป็นศาสตราภิชานแห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยด้วย

และยังดำรงตำแหน่ง ประธานกรรมการ และ กรรมการอิสระ บริษัท นามยง เทอร์มินัล จำกัด (มหาชน)(SET:NYT) ประธานกรรมการ และ กรรมการอิสระ บริษัท อีเทอเนิล เอนเนอยี จำกัด (มหาชน)(SET:EE) ประธานกรรมการ บริษัท เจนเนอรัล เอนจิเนียริ่ง จำกัด (มหาชน)(SET:GEL) กรรมการอิสระ บริษัท โกลว์ พลังงาน จำกัด (มหาชน)(SET:GLOW)

ภายหลังการ รัฐประหารในประเทศไทย พ.ศ. 2557 เขาได้รับแต่งตั้งเป็น ประธานคณะกรรมาธิการยกร่างรัฐธรรมนูญ พ.ศ. 2558[7] ที่ปรึกษาผู้ทรงคุณวุฒิของคณะกรรมการเตรียมการปฏิรูปประเทศ ตามคำสั่งนายกรัฐมนตรีที่ 8/2560 รองประธานสภาปฏิรูปแห่งชาติ กรรมการผู้ทรงคุณวุฒิในคณะกรรมการนโยบายกองทุนสนับสนุนการวิจัย กรรมการข้าราชการพลเรือนในสถาบันอุดมศึกษาผู้ทรงคุณวุฒิ