Željko Potočnjak je na Pravnom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu od 1982. bio asistent, a zatim docent i izvanredni profesor; 2003. izabran je za redovitog profesora, a 2009. redovitog profesora u trajnom zvanju. U lipnju 2023. mu je na poticaj Katedre i prijedlog Pravnog fakulteta Senat Sveučilišta u Zagrebu dodijelio počasno zvanje professor emeritus.

Magistrirao je je 1984. godine s temom „Radni odnos pripravnika“, a doktorirao 1992. godine s disertacijom „Pravo na štrajk“. Akademske godine 1987/88 znanstveno se usavršavao na Indiana University Bloomington, SAD, a krajem 1993. i početkom 1994. godine na Pravnom fakultetu J. W. Goethe Sveučilišta u Frankfurtu na Majni, SR Njemačka. Stručno se usavršavao i putem nekoliko seminara organiziranih od strane uglednih institucija kao što su Harvard University, KU Leuven, Svjetska banka, Europska pravna akademija i sl. Sudjelovao je na četrdesetak međunarodnih i isto toliko domaćih kongresa i savjetovanja pravnika. Na nekoliko međunarodnih te na većem broju domaćim savjetovanjima i skupovima bio je pozvani predavač.

Tijekom 1989. i 1990. radio je na pripremi za donošenje Zakona o radnim odnosima iz 1990. godine (koji je na snazi bio do kraja 1995. godine). Od 1992. do 1995. bio je član radne skupine koja je pripremala donošenje Zakona o radu te je u svezi s time bio i suvoditelj, zajedno s prof. Manfredom Weissom, projekta Radno pravo u okviru hrvatsko-njemačkog projekta „Novo oblikovanje hrvatskog pravnog sustava“. Rezultat toga projekata bio je, među ostalima, nacrt prijedloga prvog s Ustavom iz 1990. godine usklađenog Zakona o radu – donesenog 1995. godine, a na snazi od 1. siječnja 1996. godine. Od 1995. do 2013. sudjelovao je u pripremi nekoliko izmjena Zakona o radu usmjerenih na usklađivanje s pravnom stečevinom Europske unije te pripremama za donošenje nekih drugih zakona (Zakona o zapošljavanju, Zakona o zapošljavanju stranaca te Zakona o povećanu mirovina radi otklanjanja razlika u razini mirovina ostvarenih u različitim razdobljima).

Od 1997. do 1998. bio je član Radne skupine Vlade Republike Hrvatske za ispitivanje usklađenosti hrvatskog zakonodavstva s Konvencijom za zaštitu ljudskih prava i temeljnih sloboda Vijeća Europe te predsjednik Radne skupine za ispitivanje usklađenosti hrvatskog zakonodavstva s Europskom socijalnom poveljom. Bio je predstavnik Vlade Republike Hrvatske na zasjedanjima Opće konferencije Međunarodne organizacije rada 1993. i 1998. godine. Tijekom 1998. i 1999. bio je član Povjerenstva za mirovinsku reformu Vlade Republike Hrvatske te voditelj stručne radne skupine za pripremu Zakona o mirovinskom osiguranju – kojim je reformiran prvi dio mirovinskog sustava (generacijske solidarnosti i tekućeg pokrića) te predviđeno utemeljenje kapitalno financiranih dijelova (drugog i trećeg) hrvatskog mirovinskog sustava. Od 1998. do 2001. bio je predsjednik Upravnog vijeća Hrvatskog zavoda za mirovinsko osiguranje te predstavnik Vlade Republike Hrvatske u Odboru za socijalnu koheziju Vijeća Europe. Tijekom 2000. i 2001. vodi je radnu skupinu za izradu strategije dugoročnog razvoja mirovinskog sustava Republike Hrvatske.

Od travnja 2001. do travnja 2009. bio je sudac Ustavnog suda Republike Hrvatske. Tijekom akademskih godina 2009./2010. i 2010./2011. bio je dekan Pravnog fakulteta u Zagrebu.

Autor je 129 znanstvenih i stručnih radova. Predsjednik je Hrvatske udruge za radno i socijalno pravo te član Izvršnog odbora Međunarodne udruženja za radno pravo i pravo socijalne sigurnosti (International Society for Labour Law and Social Security Law  Od 26. siječnja 2010. do 20. listopada 2021. bio je član Nacionalnog vijeća za konkurentnost. Od 10. prosinca 2014. do 10. prosinca 2018. bio je član Upravnog vijeća Instituta “Ruđer Bošković”. Od 22. veljače 2012. do 4. travnja 2023. bio je član Akreditacijskog savjeta Agencije za znanost i visoko obrazovanje.