Zajmował się dziejami kultury i Krakowa, sfragistyką i paleografią. Przygotował do druku wiele dokumentów archiwalnych, m.in. tomy II i III wykazów studentów UJ z lat 1490–1606 (Album studiosorum Universitatis Cracoviensis, 1904). W badaniach sfragistycznych starał się zwracać uwagę nie tylko na elementy heraldyczne pieczęci, ale i stronę artystyczną; szczególne badania poświęcił pieczęci UJ. Redagował pismo "Przewodnik Bibliograficzny". Zaprzyjaźniony ze Stanisławem Wyspiańskim, udzielał mu wskazówek historycznych dotyczących dramatów, przygotował z Tadeuszem Sinką Dzieła Wyspiańskiego w pięciu tomach (1924-1929). Wyspiański namalował kilka portretów Chmiela.
W 1933 Uniwersytet Jagielloński nadał mu doktorat honoris causa; był członkiem korespondentem PAU (1925), członkiem założycielem (1896), wieloletnim skarbnikiem (1896-1933) i wiceprezesem (od 1933) Towarzystwa Miłośników Historii i Zabytków Krakowa. Przyczynił się do powołania w 1899 Muzeum Historycznego Miasta Krakowa. Należał także do Komisji Centralnej Konserwatorskiej w Wiedniu (1899), Związku Bibliotekarzy Polskich (wiceprezes i członek honorowy Krakowskiego Koła), Towarzystwa Naukowego we Lwowie (1922 członek przybrany), Towarzystwa Numizmatycznego w Krakowie, Związku Literatów Polskich.