1986年1月至1997年12月，担任地矿部中国地质科学院院长。

1995年3月至1998年4月，担任地矿部地质调查局局长。

1997年，当选为中国工程院院士（能源与矿业工程学部）。

2000年至2006年，任中国工程院能源与矿业工程学部常委、副主任、主任。

1965年，在江西东乡铜矿，陈毓川和唐兴信等人研究了钨在硫化物矿床氧化带中的地球化学行为，确定了一种钨铜共生的矿床类型和含钨铁帽的成因。

1974年，陈毓川提出了“宁芜玢岩铁矿”的区域成矿模式，开拓了区域矿床成矿模式研究领域。此后，又赴西藏、新疆、内蒙古、云南等地开展火山型铁矿研究。

1979年，在程裕淇院士的领导下，陈毓川开展了矿床成矿系列研究。在“铁矿类型组”、“铁矿成矿系列”、“宁芜玢岩铁矿”模式的基础上，形成了“一定的地质作用及其有关的成矿作用在四维时空中可以形成成因联系的一组矿床”的思想，提出了矿床的成矿系列概念，而后，陈毓川等人从四维时空角度研究了大厂矿带的成矿规律，建立了大厂矿带的区域成矿模式，对拉么矿床、云开地区的矿床预测均取得了成功；在南岭地区建立了燕山期与花岗岩类有关的5个矿床成矿系列，提出了矿床成矿系列类型的概念；在阿勒泰地区建立了与海西期岩浆活动有关的铁、铜铅锌、镍等矿床成矿系列。

1986年至1996年，陈毓川在其主持完成的国家科委导向性研究项目和地质矿产部有关项目研究的基础上，进一步研究成矿预测的理论基础，对桂北地区从中元古代到中生代的各时代成矿作用及时空演化规律进行了深入研究，建立了5个矿床成矿系列及区域成矿演化轨迹，提出了区域成矿谱系概念。

1992年，陈毓川主持中国第二轮区域成矿规划工作，运用成矿系列的理论和区域成矿分析的思路，综合成矿预测技术，指导完成了二轮区划工作。

2004年，陈毓川与常印佛、裴荣富、任纪舜、汤中立、翟裕生、滕吉文等院士和中国各省、区老、中、青科技人员，完成了地质大调查“中国成矿体系与区域成矿评价”研究项目。陈毓川和王登红提出了矿床成矿系列组的新概念，并将其含义明确为“在一个区域性地质构造旋回中先后形成的矿床成矿系列，具有内在成因联系，组成矿床成矿系列组”，进一步完善了成矿系列概念；建立了中国214个矿床成矿系列和中国各成矿省及重要成矿区、带的区域成矿谱系，编制完成了中国前寒武纪、古生代、中生代、新生代的矿床成矿系列图，对12个矿种进行了资源潜力评估，完善了王世称教授提出的综合信息成矿预测方法（MRAS）。

2012年6月6日，陈毓川应邀到江西省地矿局九一六大队作了“中国矿产资源形势”和“矿床的成矿系列”专题讲座。

2020年8月11日，受广东省地质调查院邀请，陈毓川以“不忘初心，开发绿色矿业”为题作专题学术报告。

截至2019年3月，陈毓川出版专著20部，在中国国内外发表论文80余篇。

据2021年1月中国工程院官网显示，陈毓川获得国家科技进步特等奖一项、二等奖五项、三等奖一项、国家自然科学奖三等奖一项、国家图书奖二项。

陈毓川认为，要把科学研究和勘查工作紧密结合，政府有关部门应该联合教学单位、科研单位，采取不同形式，分矿带、分整装勘查区找出示范点，“理论、技术和勘查相结合，解决实际问题”。

陈毓川认为，应该加强学生野外知识的教育和实际工作能力的培养。“现在（有的学生）写文章不错，外文也可以，计算机也很好，但到了野外连一些基础的知识都不清楚，这是不行的。”

陈毓川认为，作为地质工作者，必须要有目标，为国家为人民，不怕困难，敢于专研，热爱自己的专业，以奋斗的精神面对问题和挑战，与同志们一起，把前人的东西学到手，继续往前，最终才能成就大业。

2016年11月13日上午，应桂林理工大学地球科学学院邀请，陈毓川在该校雁山校区逸夫楼01501报告厅作题为“玢岩铁矿成矿系列研究”的学术报告会。

2018年11月3日，云南大学第87期、88期“东陆高端学术论坛”在呈贡校区举行，陈毓川到场并作了题为《地质工作感言》的报告。

陈毓川担任第九届全国政协委员（1998年3月至2003年3月），中国地质学会常务副理事长，国际矿床成因协会副主席，中国GPS系统技术应用协会副理事长，南京大学、北京大学、长春科技大学（现吉林大学）、河北地质学院（现河北地质大学）兼职教授。

陈毓川心中所放的从来都不是某一个项目，也不仅仅是跑了多少矿山、找出了多少矿，而是地质行业如何才能在国家社会发展中找到应有的位置、作出更大的贡献，为国家发展服务是他一生的使命。（《中国科学报》评）

“陈老师的特点就是大思维、大格局，站位高，目光远。他无论是在哪个历史阶段，总是会站在国家和人民的角度上思考问题、积极行动，从来不为个人。”（中国地质科学院矿产资源研究所地球化学动力室主任王登红评）

陈毓川为中国的找矿工作、成矿预测、区域成矿理论研究等都作出了突出贡献。（央视网评）