В 1631 году Роберваль был назначен на кафедру философии в коллеже Жерве (Gervais College) в Париже. В 1634 году он перешёл на кафедру математики в Коллеж-Руайяль. К занимающим эту должность предъявлялось требование: ставить математические проблемы и решать их. В том случае, если кто-либо решит поставленную проблему лучше занимающего эту должность, должность переходит к «победителю». Несмотря на это условие, Роберваль оставался на своей должности до своей смерти.
С 1666 года Роберваль — член Парижской академии наук.
Роберваль занимался проблемами бесконечно малых, пределами, проблемой квадратуры круга и вычислением объёмов различных тел. Для некоторых простых тел он изобрёл оригинальные методы вычисления объёмов. Но Роберваль потерял приоритет во многих своих методах, так как держал их для собственного использования.
Роберваль нашёл метод построения касательных, рассматривая кривые, как результат перемещения точки, которое складывалось из нескольких более простых движений.
Считается, что Роберваль первым рассмотрел такую кривую, как строфоида, которою он называл птероидой (от греч. ?????? крыло).
Роберваль и Декарт скептически относились друг к другу. Декарт критиковал методы, которые применяли Роберваль и Пьер Ферма. Роберваль отвечал на это критикой методов, которые вводил в геометрию Декарт.
Роберваль поддерживал гелиоцентрическую модель устройства солнечной системы Коперника и теорию взаимного тяготения между материальными телами.
Роберваль известен как изобретатель «весов Роберваля».
