Nominację na docenta otrzymał w 1955, profesurę tytularną uzyskał w 1974.
Początkowo związany był zawodowo z Zakładem Architektury Polskiej na Wydziale Architektury PW (od 1947), a następnie, od 1971 aż do przejścia na emeryturę, z Instytutem Historii Sztuki UW. Był również nauczycielem akademickim Wydziału Historycznego Akademii Humanistycznej im. Aleksandra Gieysztora w Pułtusku.
Wykładał także za granicą, w Stanach Zjednoczonych (University od Washington, 1980), Wielkiej Brytanii (Courtauld Institute, Victoria University w Manchester, 1984 oraz University of East Anglia, 1985 i Kent State University, 1985/1986) i Szwecji (Uniwersytet w Sztokholmie, 1969 r.).
Udzielał się w międzynarodowych organizacjach działających na rzecz ochrony zabytków. Adam Miłobędzki był członkiem honorowym wielu towarzystw naukowych w Polsce i za granicą: Stowarzyszenia Historyków Sztuki, Stowarzyszenia Architektów Polskich, Polskiego Komitetu Narodowego International Council on Monuments and Sites, Comité International de l'Histoire de l'Art, Society Antiquarians w Londynie oraz był członkiem Polskiej Akademii Umiejętności w Krakowie, Komitetu Nauk o Sztuce przy I Wydziale PAN, Komitetu Architektury i Urbanistyki przy IV Wydziale PAN i Towarzystwa Naukowego Warszawskiego.