Ramanathan es profesor distinguido (emérito) de sostenibilidad climática en el Instituto Scripps de Oceanografía de la Universidad de California en San Diego; y becario de Cornell Climate Solutions en la Universidad de Cornell. En 1975, descubrió el efecto invernadero de los clorofluorocarbonos y otros contaminantes que atrapan el calor. En 1980, se asoció con R. Madden y predijo que el calentamiento global se detectaría en el año 2000. Esta predicción fue verificada por el IPCC en 2001. Dirigió campañas de campo internacionales y desarrolló plataformas de aviones no tripulados para rastrear nubes marrones en todo el mundo. Fue el científico jefe del Experimento del Océano Índico, que descubrió las nubes marrones atmosféricas muy extendidas sobre Asia y el Océano Índico. Sus hallazgos sobre súper contaminantes (metano, HFC, ozono y carbono negro) han llevado a varias acciones exitosas de mitigación del clima en todo el mundo, incluida la formación de la Coalición Clima y Aire Limpio por parte de las Naciones Unidas para mitigar estos contaminantes. Sus hallazgos también llevaron a varias acciones exitosas de mitigación del clima en California y en todo el mundo.
Se desempeñó como asesor científico de la delegación de la Santa Sede del Papa Francisco en la cumbre climática de la ONU en París de 2015 y la cumbre climática de la ONU de 2016 en Marrakech. También asesoró al gobernador de California, Jerry Brown, sobre acciones climáticas. Fue presidente fundador del protocolo educativo Bending the Curve: Soluciones climáticas de la Universidad de California, que se imparte en muchos campus. Su atención se centra ahora en recuperarse de la crisis climática y lograr la resiliencia climática. En 2023, coeditó y fue coautor de un libro sobre la resiliencia de las personas y los ecosistemas bajo estrés climático, publicado por Vatican Press. Ahora está coorganizando una cumbre de alcaldes y gobernadores en el Vaticano en mayo de 2024 para elaborar un Protocolo de resiliencia climática planetaria.
Ha recibido muchos honores globales, incluido el Premio Volvo de 1997, el Premio Tyler de 2009, el Campeón de la Tierra de la ONU de 2013, los 100 mejores pensadores globales según la política extranjera de 2014, el Premio Tang de 2018 y el Premio Planeta Azul de 2021 por su trabajo sobre contaminantes climáticos de vida corta. Sus otros honores incluyen: Miembro electo de la Academia Pontificia de Ciencias (miembro del consejo); la Real Academia Sueca de Ciencias (que otorga los premios Nobel), la Sociedad Filosófica Estadounidense y la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos; y el título de Doctor Honoris Causa en Ciencias de UMASS_Boston en 2023.