Robeyns richt zich in haar onderzoek op vragen over ethiek en rechtvaardigheid in de samenleving. Ze bezet de leerstoel Ethiek van Instituties aan het Ethiek Instituut. Daarnaast houdt ze zich bezig met vraagstukken binnen de politieke filosofie en toegepaste ethiek. Ze onderzoekt hoe we kunnen bepalen wat goed of rechtvaardig is in de samenleving, en hoe de samenleving van de toekomst eruit kan zien. Dit laatste doet ze binnen een vijfjarig onderzoeksproject dat startte in september 2023, gefinancierd door een NWO-Vici beurs. Verder is ze gespecialiseerd in het ontwikkelen van normatieve kaders, methodes en theorieen voor het doen van dit soort onderzoek.  

Naast haar aanstelling aan de Universiteit Utrecht is ze als visiting professor verbonden aan het Center for Analysis of Social Exclusion van de London School of Economics.

Tot eind 2022 werkt Robeyns aan het Fair Limits Project binnen de Universiteit Utrecht. Fair Limits onderzoekt in hoeverre er morele bovengrenzen bestaan aan hoeveel bezit iemand zou mogen hebben. Daarnaast is Robeyns fellow van de Human Development and Capability Association (HDCA).

In 2017 publiceerde Robeyns het boek Wellbeing, Freedom and Social Justice: The Capability Approach Re-examined, waarin ze ingaat op de capability-benadering en de manier waarop we concepten als welzijn, vrijheid en sociale rechtvaardigheid beoordelen. Robeyns schrijft daarnaast voor het Engelstalige groepsblog Crooked Timber.