En la Universidad Central fue auxiliar de Francisco Giner de los Ríos en la cátedra de Filosofía del Derecho.

El 18 de julio de 1895 se fechó la convocatoria para proveer la cátedra de Historia General del Derecho Español, vacante en la Universidad de Oviedo por la muerte del catedrático Guillermo Estrada. La convocatoria apareció en la Gaceta del 28 de julio. Rafael Altamira solicitó ser admitido a este concurso el 25 de octubre de 1895, no sin antes escribir algunas cartas a Marcelino Menéndez y Pelayo. Carlos Petit en su trabajo “Tríptico ovetense. La universidad en el cambio de siglo”, rememora que al anunciarse el concurso de oposición a esta cátedra Rafael Altamira escribió a Menéndez y Pelayo, el 27 de agosto de 1895, en dicha misiva le expresó que la cátedra anunciada a concurso era su materia favorita, a la que le había dedicado la mayor parte de su tiempo y a la que quería dedicarle el que le restaba de vida en mejores condiciones. Para lo cual “necesita contar con un tribunal “no digo ya… favorable personalmente, pero, á lo menos, imparcial ó con garantías de que ha de serlo. Esto no es difícil conseguirlo con un poco de gestion influyente cerca del ministro”… “Lo que importa ante todo”, insiste Altamira, “es el nombramiento de un tribunal seguro, con personas rectas y competentes, como Hinojosa, Costa, Azcárate, Torreanaz, Posada y algún otro, de los cuales es seguro que votarán lo justo, sin mirar personas, ideas y demás tranquillas”. En fin, la meditada campaña involucraría también a la sede interesada, pues “convendría preparar á los amigos más íntimos de V. en Oviedo, para que no gestionaran en contrario, demostrando V. interés por mí” (Menéndez y Pelayo, Epistolario, XIII, nº 433)…Felizmente las gestiones dan fruto. El ministro de Fomento… designa tribunal presidido por… Matías Barrio y Mier; el maestro Azcárate y el mentor Menéndez y Pelayo participan como vocales. Otros personajes menores, sin duda bajo la influencia de los anteriores, completan el cuerpo de siete jueces que decide la ‘reñida’ oposición.” Los vocales restantes eran Federico Brusi y Enrique Ferreyro, Esteban Jiménez y Antonio Balbín de Unquera. Las oposiciones se realizaron en febrero y marzo de 1897 y el 22 de marzo de 1897 recayó en Rafael Altamira la propuesta para la cátedra.

El 26 de abril de 1897 fue nombrado catedrático numerario por oposición, adscrito a la cátedra de Historia General del Derecho Español de la Facultad de Derecho de la Universidad de Oviedo. Solicitó autorización del Rey para tomar posesión en la Universidad Central y una licencia compresiva del tiempo que faltaba para dar por terminado el curso, debido a "desgracias de familia recientemente sufridas y la amenaza gravísima de otra, por el estado alarmante de su Sra. Madre, desahuciada por la ciencia y en inminente peligro de muerte”. Le fue concedida la petición y tomó posesión del cargo el primero de mayo de 1897. Se le expidió el título de catedrático el 23 de noviembre de 1897. Cesó en este cargo el 31 de diciembre de 1910, por haber sido nombrado Director General de Primera Enseñanza.

Durante sus años en Oviedo realizó una gran labor de reforma pedagógica y en 1898, junto con otros catedráticos de la Facultad de Derecho, fundó y colaboró en la Extensión Universitaria, cuyo propósito era difundir los conocimientos generados en la Universidad ovetense a través de conferencias, cursos y otras actividades a aquellas clases sociales que no podían acceder a ellos. Estas actividades se desarrollaron hasta 1912.

Fue nombrado delegado del Gobierno español en el Congreso Histórico Internacional celebrado en Roma en 1903.

El 21 de junio de 1904 el Rey dispuso que "las cátedras de Economía política y Hacienda pública y Derecho político comparado con el extranjero, de las que son titulares los catedráticos D. Adolfo Álvarez Buylla y González Alegre y D. Adolfo González Posada y Biesca, nombrados por Real Orden de 23 de Mayo último jefes de las secciones técnicas del Instituto de Reformas Sociales, sean desempeñadas por acumulación, respectivamente, por los Catedráticos numerarios de la misma Universidad D. Rafael Altamira y Crevea y D. José Ma. Rogelio Jove y Bravo”.

Por Real Orden de 10 de julio de 1908 fueron nombrados delegados del Gobierno español don Eduardo Hinojosa Naveros y don Rafael Altamira y Crevea para asistir al Congreso de Ciencias Históricas de Berlín, becados por la Junta para la Ampliación de Estudios.

En 1909 inició un viaje a América para impartir conferencias en diferentes universidades y centros académicos. Los países visitados fueron Argentina, Chile, Perú, Uruguay, Cuba, México y los Estados Unidos de Norte América. Durante el viaje Altamira pidió en varias ocasiones la ampliación del permiso solicitado para ausentarse de la Universidad de Oviedo ante las invitaciones que recibió de diversas instituciones y el éxito que consiguió en sus actividades. Sin duda el viaje resultó fructífero “pues entabló relaciones personales con gran número de los hombres más destacados en la vida intelectual americana, relación que trajo como resultado un entendimiento plasmado en intercambio universitario y obras de colaboración, entre los intelectuales de España y América y una mayor atención por parte de aquélla, a los problemas de las naciones del Nuevo Mundo.” Las relaciones fruto de dicho viaje perduraron a través de los años; el archivo de la Secretaria de Relaciones Exteriores de México conserva documentos que dan testimonio de la colaboración que tuvo Altamira y mexicanos como Amado Nervo, a quien el primero de estos le solicitó en 1917 las leyes fundamentales de México para utilizarlas en la cátedra que regentaba en la Universidad central y para la de Historia Moderna de América que impartía en el Instituto Diplomático y Consular.

Por Real Orden de 15 de noviembre de 1910 le fue concedida la categoría honorífica de ascenso en la Facultad de Derecho de la Universidad de Oviedo.

Entre 1910 y 1918 dirigió un Seminario de Metodología de la Historia en el Centro de Estudios Históricos y representó a la JAE en varios congresos internacionales.

Por Real Orden de 29 de mayo de 1911, publicada en la Gaceta del 3 de junio, fue nombrado delegado del Gobierno de España, junto con Eduardo Vincenti, en el Congreso Internacional de Paidología, celebrado en Bruselas en 1911.

Por Real Orden de 30 de septiembre de 1911, publicada en la Gaceta del 19 de octubre, el Rey accedió a lo solicitado por Altamira y dispuso que pasara a la situación de excedencia en el profesorado de universidades y declaró vacante la cátedra de la que era titular, anunciándose su provisión.

Por Real orden de 25 de abril de 1912, publicada en la Gaceta del 6 de mayo, fue nombrado para explicar en Londres, por invitación de la Universidad de esa ciudad, un curso sobre Historia y Cultura Españolas. Al parecer acudió a estos cursos de 1912 a 1922.

Por medio de Real Orden de 28 de marzo de 1913, publicada en la Gaceta del 29, el Rey lo nombró, junto con Wenceslao Ramírez de Villaurrutía, delegado del Gobierno español en el Congreso Internacional de Estudios Históricos, que se verificó en Londres en 1913.

Nombrado profesor del Instituto Diplomático y Consular en 1913.

El 28 de noviembre de 1913 solicitó al Ministerio de Instrucción Pública y Bellas Artes el examen de las obras: Historia de la Propiedad Comunal, Historia del Derecho Español y Derecho Consuetudinario y Economía Popular de la Provincia de Alicante; para sí procediere se declararan de mérito para su carrera. El Consejo de Instrucción Pública emitió un dictamen favorable a su solicitud en cuanto a las obras Historia de la Propiedad Comunal e Historia del Derecho Español.

El 28 de julio de 1914 fue nombrado, por oposición, catedrático de Historia de las Instituciones Políticas y Civiles de América de la Facultad de Derecho de la Universidad Central de Madrid. Tomó posesión el primero de agosto de 1914. Desempeñó esta cátedra hasta su jubilación en 1936.

El 15 de junio de 1915 el Rey lo autorizó para realizar un viaje a Norte América, invitado por la Asociación de Historiadores Norteamericanos, con la finalidad de dar varias conferencias sobe temas referidos a España.

Por medio de Real Orden de 19 de junio de 1915, publicada en la Gaceta del 25, fue nombrado, junto con Adolfo Bonilla San Martín, delegado del Gobierno español en el Congreso sobre Educación que con ocasión de la Exposición Internacional de Panamá, se celebró en la ciudad de Oakland (California) en 1915.

El 12 de noviembre de 1923 fue facultado por el Rey para que, como delegado del Ministerio de Instrucción Pública, durante un mes estudiara en Francia la organización de la primera enseñanza.

El 4 de junio de 1924 fue autorizado por el Rey para ausentase de su residencia oficial, durante ocho días, para trasladarse a Larache y asistir en dicha población “a los actos de cultura organizados por la misma, con ocasión del aniversario del desembarco de nuestras tropas en la mencionada plaza."

El 13 de marzo de 1931 fue nombrado decano de la Facultad de Derecho de la Universidad de Central de Madrid. Como vicedecano fue nombrado Francisco Beceña y González. Tomaron posesión de los cargos el 18 del citado mes y año.

El 22 de mayo de 1931, publicado en la Gaceta del 23, fue nombrado decano de la Facultad de Derecho de la Universidad Central de Madrid por la Presidencia del Gobierno provisional de la República. Altamira presentó su dimisión a este cargo por considerar que era incompatible con sus funciones de juez español del Tribunal de Justicia internacional de la Haya. El 27 de junio de 1931 el Ministerio de Instrucción Públicas y Bellas Artes admitió su dimisión.

El 27 de junio de 1932 fue nombrado representante de la Universidad Central para asistir a las fiestas centenarias de la Universidad de Ámsterdam.

El 10 de febrero de 1936 cumplió la edad reglamentaria de jubilación; sin embargo, solicitó continuar en activo hasta la terminación de sus explicaciones en el curso de que era titular. El Ministerio de Instrucción Pública y Bellas Artes, determinó el día 10 de febrero de 1936, Gaceta del 14, que “continúe hasta la terminación de sus explicaciones en el presente curso al frente de la Cátedra "Historia de las Instituciones Civiles y Políticas de América" de que es titular no obstante su pase a la situación académica y económica que a la jubilación corresponde y sin perjuicio de que la vacante activa que produce, se provea en tiempo oportuno por el turno que legalmente le corresponde.” El Ministerio de Instrucción Pública lo declaró jubilado por haber cumplido la edad reglamentaria, el día el 15 de febrero de 1936, Gaceta del 20.

Fue nombrado decano honorario de la Facultad de Derecho de la Universidad Central.