Professor der Chemie am Polytechnischen Institut in Kassel (1836-1838), an den Universitäten Marburg (1838-1841), Breslau (1851) und Heidelberg (1852-1889).

Bunsen war einer der bedeutendsten Naturforscher des 19. Jahrhunderts. Er entwickelte das galvanische Bunsen-Element und den Bunsen-Gasbrenner, der im Laboratorium als Heizquelle allgemein verwendet wird und dessen Prinzip den Gasglühlichtbrennern sowie der Gaskoch- und Gasheiztechnik zugrunde liegt. Er konstruierte ein Eiskalorimeter und ein Dampfkalorimeter zur Bestimmung spezifischer Wärmen und ersann neue Methoden zur Analyse von Gasen und zur Maßanalyse (Jodometrie). Bunsen zeigte den Weg zur Darstellung größerer Mengen von Aluminium und Magnesium durch Elektrolyse ihrer Salze. Die organische Chemie verdankt ihm die Kenntnis organischer Arsenverbindungen (Kakodyle), die in der Entwicklung der Lehre vom Aufbau der Kohlenstoffverbindungen eine große Rolle gespielt haben (Radikal-Theorie). 

Gemeinsam mit dem Physiker Gustav Kirchhoff entwickelte Bunsen die Spektralanalyse, die den Nachweis einzelner Elemente mit ungeahnter Empfindlichkeit gestattete, die Zusammensetzung der Sonne und aller selbstleuchtender Gestirne offenbarte und deren Anwendung Bunsen zur Entdeckung der Elemente Cäsium und Rubidium führte.