Pada masa hidupnya dia adalah seorang peneliti spektrum emisi dari unsur-unsur yang dipanaskan. Ia kemudian menemukan cesium pada tahun 1860, kemudian pada tahun berikutnya dia kembali menemukan rubidium bersama rekannya bernama Gustav Kirchhoff.
Bunsen juga selama hidupnya dikenal sebagai pelopor pada bidang Fotokimia, serta melakukan pekerjaan awal dalam bidang organoarsenic kimia. Dengan dibantu oleh asisten laboratoriumnya bernama Peter Desaga, dia telah berhasil mengembangkan pembakar Bunsen.
Selain dikenal sebagai seorang penemu, Bunsen juga adalah seorang dosen di Göttingen. Setelah tiga tahun mengajar di Sekolah politeknik Kassel, Bunsen akhirnya menerima sebuah asosiasi guru di Universitas Marburg.
Di Universitas Marburg dia kembali melanjutkan studinya tentang cacodl derivatif. Atas penelitiannya tersebut, Bunsen akhirnya dipromosikan menjadi profesor penuh pada tahun 1841.