Haroche làm việc cho Trung tâm nghiên cứu Quốc gia Pháp (CNRS) từ 1967 đến 1975. Ông thực hiện nghiên cứu sau tiến sĩ một năm (1972-1973) cùng nhóm của Arthur Leonard Schawlow tại đại học Standford. Năm 1975, ông nhận chức giáo sư trường Paris VI, đồng thời đảm nhiệm chức vụ giảng dạy ở École Polytechnique (1973–1984), đại học Harvard (1981), và đại học Yale (1984–1993). Từ 1994-2000, ông là trưởng khoa Vật lý trường École Normale Supérieure. Từ 2001, ông giữ chức giáo sư trường Collège de France, đảm nhận bộ phận Vật lý lượng tử. Ông còn là thành viên của Hiệp hội Vật lý Pháp, Hiệp hội Vật lý châu Âu và cả của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ.

Tháng 9, 2012, ông được bầu vào vị trí quản trị trường Collège de France.

Ngày 9 tháng 10 năm 2012, ông nhận giải thưởng Nobel cùng với nhà vật lý người Mý David Wineland cho công trình của họ về đo đạc và thao tác trên các hệ lượng tử.