Les recherches de Christian Gollier s'étendent des domaines de l'économie de l'incertain à l'économie de l'environnement en passant par la finance, la consommation, l'assurance et l'analyse des coûts-bénéfices, avec un intérêt particulier pour les effets durables à long terme. À l'origine de Toulouse School of Economics avec Jean Tirole en 2007, il en est le directeur depuis 2009 (avec une interruption en 2015-2016). Il a publié plus d’une centaine d’articles dans des revues scientifiques internationales. Il a également publié 7 livres sur le risque dont The Economics of Risk and Time (MIT Press), qui a remporté le Paul A. Samuelson Award (2001). En 2012, il a publié chez Princeton University Press un livre intitulé Pricing the Planet’s Future, qu’il a présenté au 6th Arrow Lecture à l’université Columbia.
Christian Gollier est l'un des auteurs des 4e et 5e rapports du Groupe d'experts intergouvernemental sur le changement climatique (IPCC, 2007 et 2013). En outre, il conseille régulièrement plusieurs gouvernements (France, UK, USA, Norvège…) sur leur politique d’évaluation des investissements publics. Il est président de l’EAERE, l’association européenne des économistes de l’environnement. Son récent ouvrage grand public Le Climat après la fin du mois (PUF 2019) traite de l'importance d'agir face au changement climatique et a connu un grand succès en France.