5年返回台湾后曾经向国分直一学习考古学。1951年毕业于国立台湾大学历史学系，并留校担任人类学系助教。1994年自人类学系退休后担任名誉教授，中央研究院历史语言研究所通讯研究人员。1968年，与地质学家林朝棨共组考古队，在长滨八仙洞发现台湾第一个旧石器时代文化遗址，命名为长滨文化。1980年南回铁路台东新站进行兴建工程，工程范围包括日治时期鸟居龙藏发现的卑南遗址。随着工程进展，发现许多古文物，台东县政府委託宋文薰进行考古发掘。宋文薰的考古成果，促成国立台湾史前文化博物馆的建立。