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。