Professor Winthrop war einer der führenden Männer der Wissenschaft in Amerika während des 18. Sowohl Benjamin Franklin als auch Benjamin Thompson (Graf Rumford) verdankten wahrscheinlich einen Großteil ihres frühen Interesses an wissenschaftlicher Forschung seinem Einfluss. Er hatte auch einen entscheidenden Einfluss auf die frühe philosophische Ausbildung von John Adams während seiner Zeit in Harvard., Er korrespondierte regelmäßig mit der Royal Society in London—als solcher war er einer der ersten amerikanischen Intellektuellen, der in Europa ernst genommen wurde. Er wurde 1768 in die wiederbelebte American Philosophical Society gewählt. Er wurde dafür bekannt, dass er versuchte, das große Erdbeben von Lissabon von 1755 als wissenschaftliches und nicht als religiöses Phänomen zu erklären, und seine Anwendung mathematischer Berechnungen auf die Erdbebenaktivität nach dem großen Beben bildete die Grundlage für die Behauptung, die in seinem Namen als Begründer der Seismologie erhoben wurde., Darüber hinaus beobachtete er die Transite von Merkur in 1740 und 1761 und reiste nach Neufundland, um einen Transit der Venus zu beobachten. Er reiste in einem Schiff der Provinz Massachusetts-wahrscheinlich die erste wissenschaftliche Expedition, die jemals von einem beginnenden amerikanischen Staat ausgesandt wurde.
Er diente als amtierender Präsident von Harvard in 1769 und wieder in 1773, aber jedes Mal lehnte das Angebot der vollen Präsidentschaft aus Gründen des Alters., Während der neun Monate in 1775-1776, als Harvard nach Concord, Massachusetts, zog, besetzte Winthrop das Haus, das als Wayside berühmt werden sollte, Heimat von Louisa May Alcott und Nathaniel Hawthorne. Darüber hinaus interessierte er sich aktiv für öffentliche Angelegenheiten, war mehrere Jahre Nachlassrichter im Middlesex County, war 1773-74 Mitglied des Gouverneursrates und bot anschließend der patriotischen Sache in der Revolution das Gewicht seines Einflusses an. Er veröffentlichte:
- Vortrag über Erdbeben (1755)
- Antwort an Herrn, Prince ‚ s Schreiben auf Erdbeben (1756)
- Einige Feurige Meteore (1755)
- Zwei Vorträge über die Parallaxe (1769)