Карьера Винкельмана началась после 1748, когда он стал библиотекарем крупной частной библиотеки близ Лейпцига и впервые познакомился с шедеврами итальянской живописи. В 1755 он опубликовал статью Размышления о подражании греческим творениям в живописи и скульптуре (Gedanken ber die Nachahmung der griechischen Werke in der Malerei und Bildhauerkunst), где употребил выражение «благородная простота и спокойное величие» для характеристики превосходных свойств греческого искусства. Винкельман сблизился с папским нунцием, который рассказал ему о красотах Рима, и в 1754 он решил стать членом Римско-католической церкви. В сентябре 1755 он отправился в Рим, где поселился на Монте Пинчио. Винкельман изучал памятники, познакомился с живописцем-классицистом Р.Менгсом и был представлен кардиналу Альбани, крупнейшему коллекционеру, который назначил ему пенсион и пригласил поселиться на вилле Альбани в окружении произведений древнего искусства. В такой обстановке у Винкельмана вскоре созрел замысел крупного труда, посвященного искусству древности.

Хотя в своих исследованиях Винкельман сосредоточился на римских древностях, он часто совершал поездки в южную Италию, посетив в 1758, 1762, 1764 и 1767 Неаполь с его прекрасными музеями.

Первая значительная публикация Винкельмана, изданный в 1760 каталог коллекции Стоша, была посвящена геммам. Ключевым принципом его подхода к древнему искусству было выявление различий между произведениями мастеров древности и итальянского Возрождения. В 1761 он завершил том по древней архитектуре, основанный на анализе греческих храмов Пестума, а в 1762 – еще один том, посвященный архитектуре храмов в Джирдженти (древний Агригент) на Сицилии, которые он никогда не видел. В 1764 появилось на свет его Сообщение о новейших открытиях в Геркулануме – первое серьезное описание раскопок в Помпеях и Геркулануме.

Знаменитый труд Винкельмана История древнего искусства (Geschichte der Kunst des Altertums) был завершен в 1759, но не публиковался вплоть до 1763; в 1766 появилось его французское издание, а в 1767 Винкельман добавил к нему еще один том – Заметки по истории древнего искусства. Полное издание, окончательного варианта этой работы было предпринято Венской академией в 1776. История Винкельмана содержит как систематический, так и исторический разделы. Искусство Греции и Рима находится в центре внимания Винкельмана, но он обращается и к памятникам других древних народов. Помимо Истории, среди наиболее важных работ Винкельмана – двухтомный труд Неопубликованные памятники древности (Monumenti antichi inediti), изданный в 1767 и посвященный кардиналу Альбани.

С 1763 Винкельман – антикварий и президент древностей Ватикана. В 1765 он отклонил поступившее из Берлина предложение стать директором библиотеки, собрания монет и древностей, однако в апреле 1768 все же решил вернуться в Германию. Однако, добравшись до Мюнхена, он повернул обратно и прибыл в Вену, где Мария Терезия оказала ему теплый прием. В июне Винкельман вновь пересек Альпы и прибыл в Триест. Здесь его ограбил и зарезал случайный попутчик, которому Винкельман показал бывшие при нем золотые медали, 8 июня 1768.