I oktober 1896, bare 28 år gammel, ble Birkeland opptatt i Det Norske Videnskaps-Akademi. Bare Nansen er blitt medlem i yngre alder. I 1906 ble han valgt til medlem av Faraday Society. Han ble også utnevnt til kommandør av St. Olavs Orden, og innehadde æresdoktorater ved flere universiteter.