W 1876 zatrudnił się jako asystent w zakładzie medycyny sądowej i higieny powszechnej na Uniwersytecie Turyńskim. W 1896 został tam profesorem psychiatrii ogólnej i klinicznej, a w 1906 profesorem antropologii kryminalnej. W tym okresie coraz bardziej zajmował się kryminologią, kładąc podwaliny pod włoską szkołę pozytywistyczną. Zbierał materiały w zakładach medycyny sądowej, w aresztach i więzieniach. W 1896 został lekarzem więziennym. W 1876 powstało jego najważniejsze dzieło L’uomo delinquente, później znacznie rozszerzone, wielokrotnie wznawiane i tłumaczone. W 1880 roku został nauczycielem Enrica Ferriego, który w przyszłości został obok niego najsłynniejszym przedstawicielem włoskiej szkoły pozytywistycznej.
W 1896 po raz pierwszy zastosował sfigmomanometr (urządzenie do pomiaru ciśnienia krwi i tętna) w ramach badania szczerości i wykrywania kłamstwa u badanych przez siebie przestępców.
W maju 1908 została mu zaoferowana pozycja wykładowcy w Northwestern University. Lombroso nie podjął jednak tej pracy. 19 października 1909 umarł w Turynie na niewydolność serca.
Teoria kryminologiczna thumb|200px|Typy przestępców. Tablica 5 z włoskiego wydania Człowieka-zbrodniarza