Som assistentlege arbeidet han ved New York Hospital – Cornell Medical Center i New York City innen han i 1968 vekstlet over til National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID), en institusjon tilknyttet National Institutes of Health (NIH) i Bethesda i Maryland. I 1974 overtok han ledelsen av den derværende avdeling for klinisk fysiologi og i 1980 det derværende laboratorium for immunregulering. I 1984 ble Fauci direttør for NIAID.