Worsaae arbeidet mellom 1834 og 1843 som assistent til Christian Jürgensen Thomsen. I 1847 ble han ansvarlig for Danmarks fornminner og i 1855 ble han dosent ved Københavns Universitet og i 1865 tok han over Thomsens stilling som direktør for Oldnordisk museum (seinere det danske Nationalmuseet).