1990年起在兰州大学地理系任教，1992年任副教授，1995年任教授和自然地理学博士生导师，1998年任兰州大学地理系副主任，1999-2005年任首届资源环境学院院长，2005-2008年任教育部“985”二期“西北资源环境与生态”I类科技创新平台首席科学家，2005-2016年任“西部环境教育部重点实验室”主任，2007-2018年任兰州大学副校长，2008年起任校学术委员会副主任，2010-2014年任西部环境与气候变化研究院学术委员会主任，2015-2018年任兰州大学自然科学学术委员会主任，2018-2023年任中国科学院青藏高原研究所所长，2015年入选中国科学院院士，2016年入选发展中国家科学院院士。现任中国科学院青藏高原研究所研究员。

出版专著4部，编辑英文专刊5本。在Nature、Science、Nature Climate Change、Nature Communication、PNAS、ESR、Scientific Reports、Climate Dynamics、QSR、Palaeo-3、Holocene、《中国科学》《科学通报》等发表论文730多篇（含SCI论文460多篇）。论著总被引3.7万多次，SCI刊物总引2.4万多次。H指数78，是国际地球科学前1%的高引用科学家。2017-2023年连续入选Elsevier中国高被引学者榜单，入选英国路透社评选的2020年世界顶尖1000气候变化科学家。研究成果曾入选Science刊物评选的2019年度十大科学突破、Science News评选的十大科学新闻、美国考古杂志评选的十大世界考古发现、中国十大科技进展、中国十大科技新闻，2015、2019年度教育部自然科学十大进展，获省部级科技奖和社会科学奖14项（含一等奖7项），获国家自然科学二等奖2项（第一完成人，2007，2018）。

主要从事环境变化、气候变化及史前人-环境相互作用研究，先后开展了西部黄土地层与黄土古气候记录、晚第四纪气候快速变化、全新世干旱事件、干旱区湖泊演化、西风区湿度/降水变化、青藏高原环境考古、气候变化对湖泊生态的影响等研究工作。在史前人类永久定居青藏高原的过程和机制、亚洲中纬度地区气候变化的“西风模态”等方面有重要创新性认识。主持完成国家“973”项目课题3项、国家自然科学面上和重点基金项目7项、国家基金委创新群体基金1项、教育部学科引智项目1项等。主持国家自然科学基金重大项目1项、重点国际合作项目1项、卓越研究群体项目1项，国家重点研发项目1项，科学院A类先导联合公关项目1项。

2002年获国家基金委杰出青年基金，2002入选中国科学院人才计划，2005-2013年任国家基金委创新群体负责人，2005-2008年任教育部“长江学者”特聘教授，2005-2016年任国家外专局/教育部自然地理学学科引智创新计划负责人。曾获首届甘肃省十大杰出青年科技奖，2005年获全国先进工作者称号，2020年获第二届全国创新争先奖，2021年获“全国杰出专业技术人才”荣誉称号，2023年获得何梁何利基金科学与技术进步奖，2024年获得俄罗斯外交部“国际合作”奖章，2015年入选中国科学院院士，2016年入选发展中国家科学院院士。