1856年(安政3年),普魯士王國和德意誌關稅同盟使節團團長弗雷德裏希·阿爾布雷希特·祖·奧伊倫堡伯爵贈給幕府電報機和照相機,通知幕府派人到領事館學習使用電報和照相技術,加藤弘之和蕃書調所器械學教授市川兼恭壹起受命前去學習,學習是用荷蘭文和德文對譯進行的,因此他開始學習德語。1860年(萬延元年),加藤弘之到蕃書調所任教授手傳(助教)並學習德國學。他逐漸認識到西方文明的本質並非“武備”而在“政體”,遂轉向政治學。1861年(文久元年)撰寫了在國內最早介紹歐美之立憲思想的專著《鄰草》,闡述了議會制度的必要性。加藤弘之27歲時同須賀田巖藏的女兒鈴子結婚,鈴子是市川兼恭的養女。1864年(元治元年)晉身為旗本,成為幕府的直臣,並在開成所任教授,同時脫離以前的藩籍。1867年(慶應3年)升任江戶幕府目付(監察官),1868年(慶應4年)1月升任大目付勘定頭(財政和民政的監察首長),同時研究哲學、倫理學、政治學。
明治維新後,加藤弘之在新政府出仕。1868年12月13日(明治元年10月30日)任政體律令取調禦用掛。1869年2月28日(明治2年1月18日)任會計官權判事兼議事取調禦用掛。1869年5月28日(明治2年4月17日)任制度寮準修撰。1869年6月25日(明治2年5月16日)任大學校(相當於國子監,是文部省的前身)權判事,1869年8月25日(明治2年7月18日)任大學大丞。1869年11月2日(明治2年9月29日)因缺席天長節儀式遭彈正臺的彈劾,受到謹慎(軟禁)的處分。彈正臺本是國家監察機關,源自中國的禦史臺和都察院,但在當時為非主流之尊攘派所把持,以糾彈府藩縣和各省院中的不法情事為明目,用來對他們的政敵開國派進行攻擊的工具,加藤弘之被彈劾就是其中壹例。1869年11月8日(明治2年10月5日)被免除處分。1870年1月2日(明治2年12月1日) 兼任侍讀,在宮中為天皇講授歐美政體,為皇後講解歷史風俗概要。1871年5月17日(明治4年3月28日)以本官充德語字典對譯專務。
在這壹時期,加藤弘之撰寫了《立憲政體略》、《真政大意》和《國體新論》等著作,介紹和傳播“天賦人權論”,主張民權、平等的啟蒙思想,支持政府的開明政策。加藤弘之與福澤諭吉等啟蒙思想家主張實現國家外交上的獨立自主,打破封建的身份制度,提高全體人民擔當國家主體的意識。新政府的領導人出於克服封建的身份制和分封制,以確立中央集權的國家體質的需要,接受並利用了這壹思想。在明治維新時期,加藤弘之和大江卓支持部落解放運動,積極主張廢除“賤民身份”。明治政府於明治4年8月28日(1871年10月12日)將其作為富國強兵政策的壹環,太政官發布廢止封建的賤民身份的宣言(解放令),將士農工商以下的穢多、非人階層納入平民階層,廢止了這壹延續千年(始自平安時代,確立於江戶時代,止於明治時代),妨礙“四民平等”的賤民制度。
1871年9月2日(明治4年7月18日)廢大學校,設文部省,1871年9月3日(明治4年7月19日)任文部大丞,1871年9月11日(明治4年7月27日)兼任文部中教授。1871年9月29日(明治4年8月15日)任太政官大外史。1871年11月20日(明治4年10月8日)轉外務省,任外務大丞。1871年12月6日(明治4年10月24日)免本官,任宮內省五等出仕,仍兼侍讀。1874年(明治7年)2月13日任太政官左院壹等議官,1874年(明治7年)2月23日因故辭職。1873年(明治6年)7月,加藤弘之與森有禮、福澤諭吉、中村正直、西周、西村茂樹、津田真道、箕作秋坪、杉亨二、箕作麟祥***同創立日本最早的啟蒙學術團體“明六社”,致力於傳播西方啟蒙思想,介紹立憲政治。1874年(明治7年),後藤象二郎、副島種臣、板垣退助、江藤新平等舊參議提出《民選議院開設建白書》,主張舉行大選,開設經民選產生的國會,引發“民選議院設立論爭”。在論戰中,加藤弘之認為人民知識不夠,設立民選議院為時過早,時機尚不成熟,因而以後便被稱為“時期尚早論者”。
1875年(明治8年)1月25日任宮內省三等侍講,擔當洋書進講。1875年(明治8年)4月25日任元老院議官,1875年(明治8年)11月28日因病無法履職,依願免元老院議官。1877年(明治10年)2月1日受聘任東京開成學校總理。同年4月12日,東京開成學校與東京醫學校合並為舊制東京大學法·理·文·醫四學部,1877年(明治10年)4月13日——1881年(明治14年)6月15日,加藤弘之任東京大學法學部·理學部·文學部綜理。1879年(明治12年)1月15日當選為東京學士會院會員(院士)。1880年(明治13年)4月22日補文部省三等出仕。1880年(明治13年)12月——1882年(明治15年)6月任東京學士會院第三代會長。1881年(明治14年)7月6日——1889年(明治22年)1月10日任舊東京大學初代總理。1884年(明治17年)1月26日——1916年(大正5年)2月9日任哲學會(今日本哲學會的前身)初代會長。1886年(明治19年)1月11日——1890年(明治23年)5月19日再任元老院議官。1886年(明治19年)12月——1895年(明治28年)12月任東京學士會院第五代會長。
1881年(明治14年)與西周、井上毅、品川彌二郎、青木周藏、桂太郎以移植“德意誌文化”為目的,以德國啟蒙主義為基礎,創立獨逸學協會,1883年(明治16年)設立獨逸學協會學校,形成了今天的學校法人獨逸學園。1890年(明治23年)7月——1903年(明治35年)9月任獨逸學協會學校第三代校長。從1882年(明治15年)年開始,加藤弘之逐漸反對自由民權運動。隨著進化論的社會觀和人生觀及相關著作的普及,加藤弘之在理解到自然淘汰說後,舍棄了天賦人權論,轉向了以生存競爭和優勝劣汰為基礎的社會之原理的學說。1882年根據達爾文、斯塞賓、海克爾等人的進化論,發表《人權新說》,撤回了他自己以前所主張的學說,極力宣揚“人間的生存鬥爭和優勝劣汰是必然的”。他基於社會進化論的立場,對自由民權思想進行猛烈的批判,引起民權思想家的論戰。後世壹般認為,以《人權新說》為界,被視作加藤弘之的思想、態度轉變的標誌。
1888年(明治21年)5月7日依明治二十年敕令第十三號“學位令”第三條,被授予文學博士學位。1889年(明治22年)12月3日當選為東京麹町區(今東京都千代田區)區議會議員,1890年(明治23年)1月——1895年(明治28年)3月任麹町區議會議長。1890年(明治23年)4月30日任文官高等試驗委員長。1890年(明治23年)5月19日任帝國大學第二代總長兼帝國大學法科大學(今東京大學法學部)學長及國家學會評議員長,敘敕任官壹等、賜上級俸。1890年(明治23年)9月29日依“貴族院令”第壹條第四項,敕任帝國議會貴族院議員。1893年(明治26年)3月30日因健康原因辭去帝國大學總長及文官高等試驗委員長等本兼各職。1893年(明治26年)發表了《強者的權利的競爭》,宣揚強權的國家主義(威權主義)。
1892年(明治25年)7月14日——1893年(明治26年)4月7日任震災預防調查會初代會長。1893年(明治26年)4月18日任教科用圖書審查委員。1893年(明治26年)7月18日任錦雞間祗候,1895年(明治28年)7月23日任宮中顧問官。1897年(明治30年)6月5日任高等教育會議議員,1897年(明治30年)11月11日——1898年(明治31年)6月18日任高等教育會議議長。1897年(明治30年)12月19日當選東京學士會院第七代會長。1898年(明治31年)8月9日——1901年(明治34年)6月15日再任高等教育會議議長。1900年(明治33年)4月2日任修身教科書調查委員長。1900年(明治33年)5月9日特旨列入華族,依功勛敘爵為男爵。同年發表《道德法律進化之理》,進壹步論述其反對自由民權的主張。1901年(明治34年)3月18日依“帝國大學令”第十三條,敕旨任東京帝國大學名譽教授。
1902年(明治35年)4月11日任國語調查委員會委員長。1904年(明治37年)6月23日任教科書調查委員會會長。1905年(明治38年)5月依明治三十壹年敕令第三百四十四號“學位令”第二條,被博士會授予法學博士學位。1906年(明治39年)6月東京學士會院改制為帝國學士院(戰後改為日本學士院),加藤弘之代行院長,1906年(明治39年)7月12日——1909年(明治42年)6月19日任帝國學士院第壹代院長。1906年(明治39年)12月10日——1916年(大正5年)2月9日任樞密顧問官。1906年(明治39年)12月15日辭去貴族院議員職務。1908年(明治41年)9月26日——-1915年(大正4年)4月2日任教科用圖書調查委員會會長。1914年(大正3年)5月6日——1916年(大正5年)2月9日任教育調查會總裁。加藤弘之死於1916年(大正5年)2月9日,終年81歲。他是無神論者,按照遺言舉行無宗教儀式的葬儀。