Colaborador del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, en 1988 se incorporó como profesor en la Universidad Rovira i Virgili (hasta el 1991), delegación de la Universidad de Barcelona en Tarragona, de donde es catedrático de prehistoria desde 1999. Desde esta institución impulsó un equipo de investigación interdisciplinario que se materializó en la creación del Instituto Catalán de Paleoecología Humana y Evolución Social (IPHES) en 2004, que dirigió hasta 2015. Ha realizado numerosas excavaciones en yacimientos europeos y africanos, entre las que destacan las de Atapuerca, desde 1978, bajo la dirección de Emiliano Aguirre, a quien sucedió en 1991 conjuntamente con José María Bermúdez de Castro y Juan Luis Arsuaga, y la del L’abric Romaní, que dirige desde 1983. Es patrono fundador y vicepresidente de la Fundación Atapuerca.

Es autor de un gran número de trabajos, entre otros, el artículo publicado en la revista ‘Science’, conjuntamente con otros miembros del equipo de Atapuerca, con el título ‘A Hominid from the Lower pléistocène of Atapuerca, Spain: posible Ancestor to Neanderthales and Modern Humanos' (1997), en la que presentaba el 'Homo antecesor', el cual situaba en una fecha bastante anterior al establecimiento de los homínidos en Europa. Destaca también como divulgador y autor de numerosos ensayos en los que expone su visión de la condición humana, influida por su formación de paleoantropólogo y por una ética del progreso humano basada en el marxismo.

Ha sido nombrado profesor distinguido de la Universidad Rovira i Virgili (2003), y es miembro del Capítulo español del Club de Roma y de la Academia de Ciencias de Nueva York. En 1997 le fue concedido el premio Príncipe de Asturias en representación del equipo de Atapuerca. En el año 2000 recibió la Medalla Narcís Monturiol al mérito científico, entregada por la Generalidad de Cataluña, y en 2009 fue galardonado con el Premio Nacional de Cultura.