รับราชการโดยเริ่มจากการเป็นอาจารย์ประจำภาควิชาประวัติศาสตร์ คณะอักษรศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และเป็นพระอาจารย์ถวายการสอนวิชาประวัติศาสตร์จีนแด่ สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี เมื่อครั้งที่ทรงเป็นนิสิตคณะอักษรศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และได้เป็นนายกสมาคมประวัติศาสตร์ในพระราชูปถัมภ์ สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี ต่อมาได้ย้ายไปเป็นอาจารย์ประจำคณะศิลปศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ และได้เป็นคณบดีระหว่างปี พ.ศ. 2526-พ.ศ. 2528

ผศ.ดร.สืบแสง พรหมบุญ เป็นอาจารย์พิเศษในสาขาวิชาประวัติศาสตร์ ในหลายสถาบันการศึกษา และเป็นรองอธิการบดีฝ่ายวิชาการและยุทธศาสตร์องค์กร และอธิการบดีมหาวิทยาลัยรังสิต ในปี พ.ศ. 2538

ในทางด้านการศึกษา ได้เป็นผู้วางรากฐานการศึกษา โดยเฉพาะวิชาประวัติศาสตร์ในหลายสถาบัน เป็นกรรมการชำระประวัติศาสตร์ไทย และ ประธานคณะกรรมการสืบค้นประวัติศาสตร์ไทยจากเอกสารจีน สำนักนายกรัฐมนตรี[4]