او مدتی بعد برای ادامه تحصیل در رشته ادبی به تهران آمد و پس از گذراندن دوران دبیرستان، با کسب رتبه اول در آزمون ورودی دانشکده حقوق، در سال 1320 برای تحصیل در این دانشکده ثبت نام کرد، اما با الزام پدر، تهران را به مقصد زادگاهش ترک کرد. گفته میشود علیاکبر دهخدا که در آن دوران رییس دانشکده حقوق بود، به خاطر از دست دادن چنین دانشجوی فاضلی اظهار تأسف کرده است، اما اشتیاقی که این «دانشجوی فاضل» به تحصیل داشت، با از دست دادن این فرصت فروکش نکرد.
عبدالحسین زرینکوب بعد از چند سال معلمی در خرمآباد و بروجرد در سال 1324، با کسب رتبه اول در امتحان ورودی دانشکده علوم معقول و منقول و دانشکده ادبیات، برای تحصیل در رشته ادبیات فارسی وارد دانشگاه تهران شد و در سال 1334 از رساله دکترای خود که زیر نظر بدیعالزمان فروزانفر تألیف شده بود، دفاع کرد و به تدریس در دانشکده علوم معقول و منقول و دانشگاه تهران مشغول شد. او در سالهای تدریس، تاریخ اسلام، تاریخ ادیان، تاریخ کلام و مجادلات فرق، تاریخ تصوف اسلامی و تاریخ علوم درس میداد.
زرینکوب پس از دریافت رتبه استادی دانشگاه تهران در سال 1339 مدتی
هم در دانشسرای عالی تهران و دانشکده هنرهای دراماتیک و همچنین دوره دکتری
ادبیات فارسی دانشگاه تهران تدریس کرد. او همچنین در سالهای 1347 تا سال
1349 در آمریکا به عنوان استاد میهمان در دانشگاههای کالیفرنیا و پرینستون
به تدریس علوم انسانی مشغول بود.
زرینکوب در کنار کسانی همچون عباس اقبال آشتیانی، سعید نفیسی، محمد معین، پرویز ناتل خانلری، غلامحسین صدیقی و عباس زریاب، به مشارکت در طرح ترجمه مقالههای دایرةالمعارف اسلام دعوت شد. مدتی هم در مؤسسه لغت فرانکلین با مجتبی مینوی همکاری کرد. او همچنین در مجلههای راهنمای کتاب، سخن، یغما، جهان نو، دانش، علم و زندگی، مهر و فرهنگ ایرانزمین فعالیت میکرد. زرینکوب در بسیاری از مجامع و مجالس علمی جهانی شرکت کرد و به عنوان نماینده ایران به ایراد سخنرانی پرداخت.
«با کاروان حله»، «شعر بی دروغ، شعر بی نقاب»، «از کوچه رندان»، «سیری در شعر فارسی»، «سر نی»، «بحر در کوزه»، «پله پله تا ملاقات خدا»، «پیر گنجه در جستوجوی ناکجاآباد»، «از نینامه» (برگزیده مثنوی معنوی)، «دو قرن سکوت»، «فتح عرب در ایران» (به زبان انگلیسی در تاریخ ایران کمبریج)، «روزگاران ایران»، «دنباله روزگاران ایران»، «روزگاران دیگر»، «ارزش میراث صوفیه»، «فرار از مدرسه»، «جستوجو در تصوف ایران»، «دنباله جستوجو در تصوف ایران»، «در قلمرو وجدان»، «شعله طور» (درباره زندگی حلاج)، «بنیاد شعر فارسی»، «ادبیات فرانسه در قرون وسطی»، «ادبیات فرانسه در دوره رنسانس»، «شرح قصیده ترسائیه خاقانی»، «فن شعر ارسطو»، «ارسطو و فن شعر»، «نقد ادبی» و «نقش بر آب» از جمله آثار منتشرشده زرینکوب هستند.
به گزارش ایسنا،عبدالحسین زرینکوب 24 شهریورماه 1378 بعد از سالها تحمل درد و رنج ناشی از بیماری، در سن 77سالگی در تهران از دنیا رفت و پیکرش در قطعه هنرمندان بهشت زهرا (س) به خاک سپرده شد. پیکر همسرش، زندهیاد قمر آریان (نویسنده، پژوهشگر و استاد دانشگاه) نیز که در سال 1391 از دنیا رفت، در جوار آرامگاه او به خاک سپرده شد. این زوج که فرزندی نداشتند، آثار و کتابخانه خود را به مرکز دایرةالمعارف بزرگ اسلامی هدیه کردهاند.