Seit den 1960er Jahren ging Harald zur Hausen der Fragestellung nach, welche Rolle Viren bei der Entstehung von Krebs beim Menschen spielen. Es gelang ihm mit seiner Forschungsgruppe, verschiedene Typen der Humanen Papillomviren zu identifizieren, die für die Entstehung von Gebärmutterhalskrebs verantwortlich sind. Seine Forschung hat es ermöglicht, einen Impfstoff gegen Gebärmutterhalskrebs, eine der häufigsten Krebserkrankungen bei Frauen, zu entwickeln. Für seine wissenschaftlichen Leistungen wurde 2008 Harald zur Hausen der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin verliehen.
Neben seiner Forschung hat sich Harald zur Hausen zahlreichen weiteren Aufgaben gewidmet. In seiner langjährigen Funktion als Chefredakteur des International Journal of Cancer sowie als Mitglied, Vorstand und Präsident vieler Institutionen konnte er die Wissenschaft und Vernetzung auf dem Gebiet der Onkologie voranbringen. Bis zu seiner Emeritierung im Jahr 2003 leitete er 20 Jahre das Deutsche Krebsforschungszentrum in Heidelberg. Für sein Engagement hat Harald zur Hausen zahlreiche nationale und internationale Preise, Ehrenprofessuren und Ehrendoktorwürden erhalten.