1858 wurde Mommsen an die Akademie der Wissenschaften in Berlin berufen und erhielt 1861 eine Professur für römische Altertumskunde an der Universität wo er bis 1887 Vorlesungen hielt.
Für seine wissenschaftlichen Leistungen wurde Mommsen geehrt (Orden Pour le mérite 1868 Ehrenbürgerschaft von Rom Nobelpreis für Literatur 1902 für sein Hauptwerk Römische Geschichte ). Mit seiner Frau Marie der Tochter Leipziger Verlegers Karl Reimer hatte Mommsen 16 zum früh verstorbene Kinder .
Römische Geschichte : Mommsens berühmtestes Werk erschien von 1854 1856 in drei Bänden und schilderte die Roms bis zum Ende der römischen Republik und der Herrschaft Caesars den Mommsen als genialen Staatsmann darstellte. politischen Auseinandersetzungen vor allem der späten Republik auch in der Terminologie mit den politischen Entwicklungen des 19. (Nationalstaat Demokratie) verglichen. Das engagiert geschriebene Werk als Klassiker der Geschichtsschreibung .
Eine Fortsetzung der römischen Geschichte in Kaiserzeit hinein schrieb Mommsen nie nur Mitschriften Vorlesungen über römische Kaisergeschichte wurden (erst 1992) 1885 erschien als Band 5 der Römischen Geschichte eine Darstellung der römischen Provinzen in der Kaiserzeit.
Römisches Staatsrecht : für die althistorische Forschung nach wie von großer Bedeutung ist die dreibändige (1871-1888) Darstellung des römischen Staatsrechts .
An der Berliner Akademie wo er 1874 bis 1895 Sekretär der Historisch-Philologischen Klasse war organisierte Mommsen wissenschaftliche Großunternehmen vor allem Quelleneditionen.
Die Sammlung aller bekannten antiken lateinischen Inschriften hatte Mommsen bereits zu Beginn seiner Laufbahn konzipiert als er modellhaft die Inschriften Königreichs Neapel herausgab (1852). Das vollständige Corpus Inscriptionum sollte 16 Bände umfassen von denen 15 Mommsens Lebzeiten noch erschienen fünf von Mommsen erarbeitet. Grundprinzip für die Edition war im Gegensatz zu früheren Sammlungen Autopsie bei der alle erhaltenen Inschriften im Original überprüft wurden.
Mommsen gab auch die für das Recht grundlegenden Sammlungen Corpus Iuris Civilis und Codex Theodosianus heraus. Ferner war maßgeblich beteiligt an den Monumenta Germaniae Historica Edition der Schriften der Kirchenväter der Limesforschung und zahlreichen weiteren Unternehmungen.
Anlässlich des 100. Todestages fand in eine Vorlesungs -Serie statt (Oktober 2003 bis Februar 2004 ) in der bekannte deutsche Historiker Mommsens Werke und seinen politischen Einfluss (2.Weblink).
Mommsen war von 1863 bis 1866 wieder von 1873 bis 1879 Abgeordneter im preußischen Landtag von 1881 bis 1884 im Reichstag zuerst für die liberale Fortschrittspartei später für die Nationalliberalen schließlich für Sezessionisten. Er beschäftigte sich naheliegenderweise mit Fragen Wissenschafts- und Bildungspolitik und vertrat zunächst nationale Positionen. Aus Enttäuschung über die Politik Kaiserreichs dessen Zukunft er sehr pessimistisch sah er schließlich eine Zusammenarbeit der Liberalen mit Sozialdemokratie .
Über die Sozialpolitik geriet Mommsen 1881 in Auseinandersetzung mit Bismarck über die Frage ob Juden gleichberechtigte Deutsche sein könnten 1879/80 mit Historikerkollegen Heinrich von Treitschke (Berliner Antisemitismusstreit).