Campbell ging bij het MIT aan de slag als wetenschappelijk medewerker en werkte vervolgens 10 jaar bij de afdeling Biochemie en Voeding van Virginia Tech, voordat hij in 1975 terugkeerde naar Cornell om daar te werken bij de afdeling Voedingswetenschappen. Hij heeft gewerkt als wetenschappelijk hoofdadviseur voor het American Institute for Cancer Research en zit in de adviesraad van het Physicians Committee for Responsible Medicine. Hij is met name bekend vanwege onderzoek, dat gedeeltelijk is afgeleid van de China-studie, dat een verband lijkt te leggen tussen de consumptie van dierlijke eiwitten en de ontwikkeling van kanker en hartziekten. Hij stelt dat caseïne, een eiwit dat voorkomt in melk van zoogdieren, “de belangrijkste kankerverwekkende stof is die we consumeren”.
Campbell volgt sinds ongeveer 1990 een “99% veganistisch” dieet. Hij identificeert zichzelf niet als vegetariër of veganist omdat, zei hij, “ze vaak iets anders impliceren dan wat ik omarm”. Hij vertelde de New York Times: “Het idee is dat we heel voedsel moeten consumeren. We moeten niet vertrouwen op het idee dat genen bepalend zijn voor onze gezondheid. We moeten niet vertrouwen op het idee dat nutriëntensupplementen de manier zijn om voeding binnen te krijgen, want dat is niet zo. Ik heb het over volledig, plantaardig voedsel.”
Hij is sinds 1978 lid van verschillende panels van deskundigen op het gebied van voedselveiligheid van de National Academy of Sciences van de Verenigde Staten, en heeft een ereprofessoraat aan de Chinese Academie voor Preventieve Geneeskunde. Hij is te zien in de documentaires Forks Over Knives, Planeat, Vegucated, en PlantPure Nation, een film geproduceerd door Campbell’s zoon, Nelson Campbell. Campbell zit ook in de adviesraad van Naked Food Magazine, waarvoor hij ook regelmatig artikelen schrijft over een plantaardig dieet.
In 2010, na een hartoperatie, nam de voormalige Amerikaanse president Bill Clinton grotendeels het plantaardige dieet over dat werd aanbevolen door Dean Ornish, Caldwell Esselstyn, en Campbell.