Od 1919 był związany z Biblioteką Jagiellońską; pracował początkowo jako starszy bibliotekarz, od 1924 kierował Działem Rękopisów i Starych Druków. Po przedstawieniu pracy Renesans nauk matematycznych i przyrodniczych w wiekach średnich został w 1929 docentem i kierownikiem Katedry Historii Nauk Ścisłych UJ. W 1933 ożenił się z Antoniną Gajewską (1909–1996). Od 1937 był również docentem bibliotekoznawstwa, w 1938 otrzymał nominację na profesora nadzwyczajnego. Z kierowania Katedrą Historii Nauk Ścisłych zrezygnował w 1931 w proteście wobec braku działań Ministerstwa Wyznań Religijnych i Oświaty Publicznej oraz władz uczelni na rzecz rozwoju nauki polskiej.
Po tym, jak Stefan Vrtel-Wierczyński otrzymał nominację na dyrektora Biblioteki Narodowej w Warszawie, ogłoszono konkurs na nowego dyrektora Biblioteki Uniwersytetu Poznańskiego. Konkurs ten Aleksander Birkenmajer wygrał i objął stanowisko w 1939. Po wejściu Niemców do Poznania biblioteka została opieczętowana, a znajdujące się w niej mieszkanie i księgozbiór prywatny profesora zarekwirowane, powrócił więc do Krakowa. W listopadzie 1939 został uwięziony w obozie koncentracyjnym w Sachsenhausen w ramach Sonderaktion Krakau.