ב-1933 פעל לצד אביו, הרב מיליקובסקי, להקמת ועד ציבורי בראשות הרב קוק להגנה על הנאשמים ברצח חיים ארלוזורוב - צבי רוזנבלט, אברהם סטבסקי ואב"א אחימאיר. לימים סיפר כי אביו הרב מיליקובסקי טען שעל פי נתונים שאסף, לא הם ביצעו את הרצח והוצאתם להורג עלולה להביא למלחמת אחים ולפגיעה במפעל הציוני. נתניהו היה ממייסדי העיתון הרוויזיוניסטי "הירדן" והיה לעורכו הראשון. העיתון נוסד בין השאר כדי להשפיע על דעת הקהל לתמוך בחפות הנאשמים ברצח ארלוזורוב וגיליונו הראשון הופיע ביום פתיחת המשפט.
ב-1935 פרש נתניהו מעריכת העיתון ״הירדן״ וב-1936 נתמנה לעורך ״הספרייה הלאומית״ שהוציאה לראשונה בעברית כתבים של הרצל, נורדאו, זנגוויל וציונים אחרים ושלחלקם נלוו הקדמות פרי עטו של נתניהו.
פעילות בארצות הברית.
ב־1939 נסע ללונדון ומשם לניו יורק, כמזכירו האישי של זאב ז'בוטינסקי, בימי חייו האחרונים של ז'בוטינסקי, בשנת 1940. לאחר מותו של ז'בוטינסקי נשאר בניו יורק, וב-1942 נתמנה לעמוד בראש המשלחת של התנועה הרוויזיוניסטית, שעסקה ביצירת דעת קהל אוהדת לרעיון הציוני בקרב אנשי הממשל. בניו יורק של שנות ה-40 הוא היה בין המעטים שהתריעו על התרחשותה של השואה, ולאחר שנתגלה היקף ההשמדה, היה איתן בדרישתו כי פליטי השואה יופנו לארץ ישראל. ב-1945 עמד בראש המשלחת הרוויזיוניסטית לסן פרנסיסקו בעת הקמת האו״ם, שנאבקה לניסוחו והכללתו של סעיף 80 פרק 12 למגילת האומות המאוחדות. מ-1946 נפגש עם אנשי ממשל שונים, כגון ראש מטה צבא ארצות הברית דווייט אייזנהאואר, תת-מזכיר המדינה דין אצ'יסון, הממונה על המזרח התיכון במחלקת המדינה לוי הנדרסון ורבים אחרים, כדי לשכנעם שהקמת מדינה יהודית בארץ ישראל היא אינטרס אמריקני מובהק לאור המאבק עם ברית המועצות. ב-12 בספטמבר 1947, לקראת ההצבעה באו"ם על תוכנית החלוקה, נמנה עם החותמים על מודעה שפורסמה בניו יורק טיימס והביעה התנגדות לחלוקה.
במקביל לפעילותו הציונית למד לתואר דוקטור בדרופסי קולג' בפילדלפיה, ועבודת הדוקטורט שלו עסקה בדון יצחק אברבנאל.
חזרה לישראל.
בשנת 1949, לאחר הקמת המדינה, לקראת סיום מלחמת העצמאות, שבה משפחת נתניהו לישראל עם בנם יוני.
לאחר ששב לישראל התמסר לעבודת המחקר שלו כהיסטוריון של יהדות ספרד. הוא נפגש גם עם מנהיגים פוליטיים כמנחם בגין וראש הממשלה דוד בן-גוריון, אך לא השתלב בפוליטיקה הישראלית.
על פי גרסת נחום ברנע, בשנות ה-50 ביקש להתקבל כמרצה בחוג לתולדות עם ישראל באוניברסיטה העברית, אבל ראש החוג פרופ' יצחק בער העדיף על פניו את חיים ביינארט. אולם על פי בנו עידו, האוניברסיטה לא דחתה אותו משום שהוא כלל לא הגיש בקשה לאוניברסיטה.
בהמלצתו של מורו יוסף קלוזנר, היה לאחד מעורכי ומרכזי האנציקלופדיה העברית. עם פטירתו של קלוזנר היה לעורכה הראשי עד 1962, אז נסעה המשפחה לארצות הברית, שם היה בין העורכים של אנציקלופדיה יודאיקה והשתלב בהוראה באוניברסיטת קורנל.
לאחר נפילת בנו יונתן, במהלך מבצע יונתן לחילוץ בני הערובה ממטוס אייר פראנס באנטבה בשנת 1976, שבה משפחת נתניהו לארץ. בנו, בנימין נתניהו, בחר בקריירה פוליטית, והיה לראש ממשלת ישראל. בנו הצעיר, עדו נתניהו, הוא רופא, סופר ומחזאי. בנציון נתניהו התאלמן מאשתו צילה בשנת 2000.
בסוף שנות ה-90 הביע נתניהו דאגה נוכח מה שראה כשילוב של האיום הערבי מול חולשת הדעת והשאננות הישראלית. הוא ראה בהסכם אוסלו "מעשה טירוף", "מלכודת שאותה טמנו לנו הערבים ואויבינו בין האירופים בכוונה תחילה" ומי מבינינו שנלכד בה מתוך "עיוורון גמור", משך את כולנו לתוכה ואין יודע כיצד נחלץ ממנה. נתניהו האמין ששלום לא-מושלם בין ישראל ושכנותיה הוא אפשרי, אך רק אם יתבסס על הרתעה חזקה. כשבנו בנימין כיהן כראש ממשלה והכריז כי הוא מסכים להעביר את חברון לשליטת הרשות הפלסטינית כחלק מהסכם חברון ביקר אותו אביו בחריפות. נתניהו הבן העיד כי אביו, הידוע בדעותיו בזכות "ארץ ישראל השלמה" השפיע עליו יותר מכל. גם בגיל מתקדם המשיך להיות פעיל פוליטית, ובספטמבר 2004 נמנה (לצד בנו עידו נתניהו) עם החותמים על עצומת אנשי ציבור נגד תוכנית ההתנתקות.
נתניהו היה פרופסור עמית באקדמיה למחקר יהודי, חבר באקדמיה המלכותית לאמנויות יפות ומדעי ההיסטוריה בספרד, ופרופסור, ולאחר מכן פרופסור אמריטוס, באוניברסיטת קורנל. בשנות חייו האחרונות השתתף בסרט הביוגרפיה אודותיו, "בֶּן צִיּוֹן - חייו ופועלו של פרופ' בנציון נתניהו", בבימויו של משה לוינסון.
בנציון נתניהו נפטר בירושלים ב-30 באפריל 2012, בגיל 102, ונקבר בחלקת האבות השכולים בהר המנוחות בירושלים.
כהיסטוריון.
נתניהו החל לחקור את יהדות ספרד ואת תור הזהב של יהודי ספרד לאחר שעסק בחקר תולדות הלאום היהודי. הוא גילה שאברבנאל התייחס אל אנוסי ספרד כמומרים מוחלטים שלא היה להם שום עניין ביהדות ושרבים מהם היו שונאי יהודים. גישה זו של אברבנאל עמדה בסתירה מוחלטת למה שנתניהו למד עד אז, כולל ממורו יצחק בער, ולמה שהיה מקובל במשך מאות שנים בין ההיסטוריונים השונים, הן הספרדים והן היהודים. יצירתו המרכזית עוסקת בסיבות להקמת האינקוויזיציה במאה החמש עשרה בספרד. בנושא זה הציג בספרו תפיסה שונה לחלוטין מהגישה שהייתה מקובלת במחקר, ושיוצגה בישראל בין היתר על ידי הפרופסור יצחק בער. לעומת גישתו של בער, שראתה בתופעת רדיפת האנוסים מקרה של קידוש השם ובחירה בחיים כפולים שיש בהם מידה של סיכון, כאשר מרכיב האמונה הוא המרכיב העיקרי בחיים אלו, הציג נתניהו את האנוסים כמי שלאחר שלב האינוס הראשוני היו למתבוללים ולמתנצרים מרצון, משום שאי אפשר היה להתקיים ולהתפרנס בחיים כפולים. לטענתו קמה האינקוויזיציה דווקא בשל הצלחת הנוצרים החדשים להיטמע בכל שטחי החיים של החברה הנוצרית בספרד, לאחר שהוסרו מהם ההגבלות שהוטלו על יהודים, הצלחה שיצרה קנאה פוליטית וכלכלית בקרב ההמון הספרדי שדרש גירוש או השמדה. כדי לרצות את ההמון הוקמה האינקוויזיציה כדי שזו תיטפל לכמה אלפי מומרים, אבל בו בזמן תשאיר מרביתם ללא פגע. עוד טען כי התעמולה האינקוויזיטורית ניפחה מקרים בודדים של מתנצרים שלא שמרו אמונים לדתם החדשה לכדי תנועה בעלת ממדים נרחבים. ב-1965 יצא לאור ספרו באנגלית ״אנוסי ספרד על פי המקורות היהודיים״. בספר הזה טוען נתניהו שהרבנים הגדולים, שמתחילה, לאחר ההמרה הכפוייה הגדולה בספרד של 1391, התייחסו אל המומרים כיהודים, הלכו ושינו את דעתם עם חלוף השנים, ובמרוצת הזמן קבעו שהצאצאים של המומרים בכפייה הם נוצרים מוחלטים. הספר עורר פולמוס גדול, שכן הוא סתר את כל מה שנכתב בנושא המומרים של ספרד (להבדיל מהמומרים של פורטוגל). הספר אמנם זכה להתקפות רבתי אבל גם לתשבחות והרעיונות שלו חדרו לעולם המחקרי.
לגישתו דחתה הסביבה הנוצרית את המומרים החדשים, מאותן סיבות שבגללן נדחה אלפרד דרייפוס על ידי ההמון הצרפתי. גרסה זו של אנטישמיות מהווה לדעתו מקרה ייחודי וראשוני של שנאת יהודים שלא על רקע דתי אלא על רקע אתני, ניצן ראשון של האנטישמיות החילונית שהתפתחה באירופה במאה ה-19. המקורות העיקריים שעליהם הוא מבסס את טענותיו על ההתנצרות היעילה של היהודים הם עדויות של רבני ספרד וצפון אפריקה, עובדה שהוזכרה לשלילה בחלק גדול מהביקורת על התאוריות שלו בהתחשב בהטיה האפשרית במקורות אלה. גישתו היא ציונית חילונית, והיא אינה נותנת למרכיב האמונה את החשיבות שמייחס לו בער. יש הרואים בוויכוח זה את הסיבה בגינה לא השתלב נתניהו בממסד האקדמי בישראל, בעת שהגיע לארץ. גם בספרד עורר פרסום הספר מחלוקת חריפה בקרב היסטוריונים מובילים במדינה, בהם חוסה אנטוניו אסקודרו ואנטוניו דומינגז אורטיז.
ב-1995, יצא לאור ספרו המונומטלי ״מקורות האינקוויזיציה״ המכיל כ-1400 עמודים, ובו ניתוח של הסיבות לייסוד האינקוויזיציה. לדעתו של נתניהו הסיבות האמיתיות הן לא מה שהאינקוויזיציה טענה, דהיינו קיום הדת בסתר על ידי המומרים ממוצא יהודי, אלא תולדה של שנאה נגד המומרים על ידי האוכלוסייה הספרדית, בעיקר בערים, כחלק מהתפתחות אנטישמית בעלת סממנים גזעניים. בספרו מנתח נתניהו את כתביהם של הנוצרים, בין אם תמכו במומרים ובין אם תקפו אותם, ולדעתו הוכיח באופן חד משמעי שהטענה בדבר קיום היהדות בסתר היא שקרית בעיקרה. עוד הוא מראה כיצד התפתחה ספרות של תורת הגזע נגד כל מי שהיה ממוצא יהודי, ללא קשר לעובדה שאמונתו היא נוצרית. האינקוויזיציה, שאסרה, עינתה, שפטה והוציאה להורג בשריפות פומביות אנוסים רבים, נוצרה, לדעתו של נתניהו, על ידי המלך פרדיננד כדי לתת פתח ללחץ אנטישמי כבד שאיים על שלטונו ועל החיים התקינים בספרד. הספר זכה לביקורות חיוביות רבות, יחד עם התקפות רבות. בעקבות הספר, הודיע ההיסטוריון האנגלי הנרי קאמן, שהוא שינה את דעתו על האינקוויזיציה מקצה לקצה. נתניהו קיבל תואר דוקטור לשם כבוד מאוניברסיטת ואיאדוליד בספרד על מחקריו.
בספרו אודות הפילוסוף והמדינאי היהודי-ספרדי דון יצחק אברבנאל, מתאר נתניהו בין היתר את גדולתו כאיש רוח ומדינאי, ובו בזמן מצביע על חולשותיו ועל עיוורונו של אברבנאל, שנותן אמון במלך פרדיננד זמן קצר לפני גירוש ספרד, באופן שמזכיר את העיוורון של יהודי גרמניה ביחס למשטר הנאצי. הספר יצא לאור לראשונה בשנת 1953 באנגלית ובספרדית. בשנת 2005 הופיע הספר בתרגום לעברית וזכה לשבחים.
ב-21 בספטמבר 2011 העניקה עמותת דונה גרציה לנתניהו את מדליית דונה גרציה, כאות הוקרה על פועלו בחקר אנוסי ספרד והתאוריה שפיתח, לפיה מיתוס האנוסים אינו נכון ונוצר רק עקב תעמולת מוסדות האינקוויזיציה ומסמכיה.
חיים אישיים.