Trong những năm 1999-2001, ông tham gia dự án phát triển hệ thống đào tạo từ xa qua mạng. Kết quả nghiên cứu là hệ thống và chương trình đào tạo từ xa đầu tiên của Đại học Quốc gia TP.HCM được triển khai ở Trung tâm CITD (nay là Trường Đại học Công nghệ Thông tin, Đại học Quốc gia TP.HCM).

Năm 2001, ông nhận học bổng làm nghiên cứu sinh của Trường Đại học Trento, Italy. Ở đây, ông tham gia nhóm nghiên cứu về trí tuệ nhân tạo với đề tài về dịch tiếng nói đa ngôn ngữ.

Đầu năm 2005, ông bảo vệ thành công luận án tiến sĩ và nhận học bổng nghiên cứu sau tiến sĩ (postdoc) của trường Đại học Leuven, Vương quốc Bỉ.

Từ năm 2007 đến năm 2017, ông tiếp tục công tác giảng dạy và nghiên cứu, đồng thời giữ nhiều chức vụ quan trọng tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên như: Trưởng phòng thí nghiệm Trí tuệ Nhân tạo (AILab), Giám đốc Trung tâm Đào tạo Quốc tế ITEC, Phó Hiệu trưởng Trường Đại học Khoa học Tự nhiên.

Tháng 10/2017, ông được Thủ tướng Chính phủ bổ nhiệm giữ chức vụ Phó Giám đốc Đại học Quốc gia TP.HCM.[2]

Tháng 8/2020, tại Đại hội Đại biểu lần thứ 6 Đảng bộ Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, ông được bầu giữ vị trí Bí thư Đảng ủy Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh nhiệm kỳ 2020-2025.[3]

Tháng 01/2021, Thủ tướng Chính phủ Nguyễn Xuân Phúc đã ký quyết định bổ nhiệm ông giữ chức Giám đốc Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh.[4]

Tháng 01/2021, tại Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ XIII Đảng Cộng sản Việt Nam ông được bầu làm Ủy viên Ban Chấp hành Trung ương Đảng khóa XIII.

Tháng 05/2021, ông trúng cử đại biểu Quốc hội Việt Nam khóa XV, nhiệm kỳ 2021-2026 tại đơn vị bầu cử số 1 gồm TP.Thủ Đức với 60,93% số phiếu hợp lệ.[5]