Преподавал в Петербургском (с 1866; приват-доцент), Казанском (с 1868; экстраординарный профессор по кафедре зоологии), Киевском (с 1869; экстраординарный профессор по кафедре зоологии), Новороссийском в Одессе (с 1873; ординарный профессор зоологии; в 1877—1878 годах — проректор) и Петербургском (в 1891—1894) университетах.
Для изучения морских животных предпринял многочисленные экспедиции и поездки: работал на Адриатическом море (Триест, 1867), Средиземном море (Неаполь, 1864, позже Мессина, 1868, Виллафранка, 1895), на Каспийском море (1869), Красном море (1870), в проливе Ла-Манш (Росков, 1892) и др.
Выдающийся биолог-эволюционист, основные научные работы посвящены сравнительной эмбриологии и физиологии беспозвоночных животных. Впервые доказал принадлежность асцидий к хордовым[7].
Активный сторонник дарвинизма. Изучал эмбриональное развитие многоклеточных животных, особенно беспозвоночных, чем способствовал выяснению путей эволюции животного мира.
Основатель (совместно с И. И. Мечниковым, 1871) филогенетической теории зародышевых листков. Провел (1865—1876) многочисленные исследования в области сравнительной анатомии, физиологии и гистологии беспозвоночных. Заложил совместно с Мечниковым основы эволюционной сравнительной эмбриологии. Изучал строение и функции выделительной и лимфатической систем, а также фагоцитарных органов у беспозвоночных.
Его работы положили начало экспериментальной и эволюционной гистологии.
В 1867 и 1871 гг. Петербургская академия наук дважды присуждала премию им. К. М. Бэра; в 1884 и 1887 гг. Французская академия наук давала ему премию им. Сера; в 1891 году он получил премия им. Ф. Ф. Брандта за работы в области сравнительной анатомии[8].
А. О. Ковалевский состоял почётным членом многих естественно-научных обществ, как русских, так и зарубежных, в 1898 году он был провозглашён почётным доктором Кембриджского университета.
В 1955 году на фасаде Дома академиков, где жил Ковалевский, была установлена мемориальная доска в память об ученом (архитектор Р. И. Каплан-Ингель)[11][10].
↑Могила на плане Новодевичьего кладбища (№ 50) // Отдел IV // Весь Петербург на 1914 год, адресная и справочная книга г. С.-Петербурга / Ред. А. П. Шашковский. — СПб.: Товарищество А. С. Суворина – «Новое время», 1914. — ISBN 5-94030-052-9.
Ковалевский Александр Онуфриевич / А. Е. Гайсинович // Кварнер — Конгур. — М. : Советская энциклопедия, 1973. — С. 356. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 12).
Биографический словарь профессоров и преподавателей Императорского университета Св. Владимира : (1834—1884) / сост. и издан под ред. ордин. проф. В. С. Иконникова. — Киев: в тип. Имп. ун-та Св. Владимира, 1884. — С. 264—268.
Догель В. А. А. О. Ковалевский (1840—1901). — М.—Л., 1945.
Жуков К. С.Разделы I, II, III // Дом академиков. История и судьбы. — СПб.: Сохраненная культура, 2016. — С. 10—129. — 380 с. — ISBN 78-5-9908957-9-9.
Мечников И. И. Александр Онуфриевич Ковалевский // Страницы воспоминаний. Сборник автобиографических статей. — М., 1946.
Некролог // Правительственный вестник. — СПб., 1901. — 11 ноября (№ 248). — С. 2..
Пилипчук О. Я. Александр Онуфриевич Ковалевский, 1840-1901 / Отв. ред. Н. М. Артёмов. — М.: Наука, 2003. — 182 с. — (Научно-биографическая литература)..
Письма А. О. Ковалевского к И. И. Мечникову (1866—1900). — Л., 1955.
Энциклопедический словарь юного химика / Сост. В. А. Крицман, В. В. Станцо. — М.: Педагогика, 1982. — С. 105.
Ковалевский Александр Онуфриевич (1840 — 1901) (неопр.). Профессора и преподаватели российских университетов (вторая половина XVIII - начало XX в.). Томский государственный университет. Дата обращения: 12 апреля 2022. Архивировано 7 октября 2021 года.