Agnieszka Zalewska jest profesorem w Instytucie Fizyki Jądrowej PAN im. H. Niewodniczańskiego, gdzie kieruje Zakładem Fizyki Neutrin i Ciemnej Materii. Będąc związaną z tym instytutem od momentu rozpoczęcia studiów doktoranckich w 1971 r., przez wiele lat prowadziła zajęcia również na Uniwersytecie Jagiellońskim, Uniwersytecie Śląskim, a także pracowała w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN) i innych instytucjach naukowych w USA, Francji, Japonii, we Włoszech. W okresie od stycznia 2013 r. do grudnia 2015 r. była przewodniczącą Rady CERN – jest zarówno pierwszym naukowcem z Polski, jak też pierwszą kobietą zajmującą to prestiżowe stanowisko.

Badania naukowe prof. Zalewskiej obejmują szeroki zakres zagadnień z fizyki cząstek elementarnych i stosowanych metod eksperymentalnych. W szczególności, dotyczyły lub dotyczą fizyki hadronów, oddziaływań e+e- przy wysokich energiach, fizyki neutrin i ciemnej materii, jak też pionierskich prac dla krzemowych detektorów wierzchołka z elektroniką odczytu VLSI, prowadzonych w latach osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych w CERN.

Fizyką neutrin prof. Zalewska zajmuje się od 2000 r., m.in. współinicjowała powstanie Polskiej Grupy Neutrinowej, zrzeszającej naukowców z kilku krajowych ośrodków zajmujących się tą tematyką. Prof. Zalewska była też kierownikiem krajowych i międzynarodowych grup badawczych związanych m.in. z eksperymentami DELPHI, ICARUS, T2K. Była lub jest członkiem wielu międzynarodowych organizacji i komitetów naukowych. W 2013 roku została wybrana na członka-korespondenta Polskiej Akademii Umiejętności.