1998年10月，程国栋担任中国科学院兰州分院院长（至2011年12月）。

1999年9月，程国栋担任中国科学院寒区旱区环境与工程研究所第一任所长（至2001年11月）。

2009年，程国栋当选为俄罗斯工程院外籍院士。

2013年，程国栋组建上海师范大学城市发展研究院，担任院长。

2018年，程国栋出任上海师范大学环境与地理科学学院名誉院长。

程国栋系统地研究了青藏高原多年冻土区地下冰的成因、分布规律，为青藏高原上国家重大工程建设项目提供了重要的工程地质资料和方法。“厚层地下冰形成的重复分凝机制”被国际冻土界誉为“程氏假说”，得到国际公认，解决了冻土学中“近地面厚层地下冰的成因”问题。“高海拔多年冻土分布的三向地带性理论”也被中国国内外学者引用。针对青藏铁路建设冻土路基高温、高含冰量等世界难题，在国际上首次系统地提出“主动冷却路基”的思路和方法，为青藏铁路建设中冻土路基稳定性维护提供了科学途径。他组织领导的科研团队，就青藏铁路重大科技问题展开攻关和集成研究，成果在青藏铁路建设中得到了应用。

在冻土学研究的同时，程国栋针对西部地区生态环境建设面临的重大科学问题进行了研究。主持完成的“黑河水资源问题与对策”建议已成为水利部向国务院提交建议的重要依据。作为首席科学家，正在主持进行“黑河流域水—生态—经济系统综合管理试验示范”研究，在退化生态系统的修复、重建，水土资源合理利用，国土整治与开发等方面提出了很有价值的依据，为国家加快西部发展，建设西北提供了创新性的理论基础。

截至2018年11月，程国栋先后发表论文200余篇，出版中（英）文专著6部。

程国栋主持主办了《西部论坛》，为更多的学者、专家提供了西部开发论谈的园地。他被一些高校、科研单位邀请作了10多次学术报告。

截至2018年11月，程国栋先后获得各类奖励30余项，其中国家科技进步特等奖1项，国家科技进步一等奖1项，全国科技大会重大科技成果奖1项，甘肃省科技进步一等奖2项，并获中国科学院重大科技成果奖、杰出科技成就奖、自然科学奖等。

程国栋采取提要求、压担子、创条件、给机会等措施，促进年轻人成长。他对学生说：“先做人，后做事。不论是做人，还是做事，一定坚持做到最好”。

截至2018年11月，程国栋先后指导培养硕士11名，博士67人，博士后54人。

程国栋的科研兴趣和出版物涵盖了一系列与冻土相关的领域，包括冰缘过程、山地多年冻土、地下冰形成机制等，尤其在冻土工程研究方面的成就更加突出。他创建的地下冰重复分凝机制、即现在所称的过渡层的形成过程方面的研究具有广泛的学术影响力，并被称为“程氏假说”；他提出的工程理论为中国青藏铁路的建设提供了重要的科技支撑和保障。程国栋先生在科学研究、高等教育方面的成就是广大中国学子的突出楷模。可以毫不夸张地说，他是领导中国冻土科学及冻土工程研究达到国际领先地位的重要人物。（国际冻土协会主席Antoni Lewkowicz教授宣读国际冻土协会终身成就奖颁奖词时说）

程国栋以取得的科研成果为依托，积极开展学术咨询活动并向国家提出相关议案，引起了国家及有关部门的高度重视和不同程度的采纳，为西部社会经济发展做出了重要贡献，也为冻土科学的创建发展做出了重要贡献。（中国科学院评）

2020年1月12日，中国科学院西北生态环境资源研究院发布信息《关于《冰川冻土》发文不当问题处理情况的说明》，该说明称：近日，网上出现质疑《冰川冻土》期刊2013年第5期刊发文章《生态经济学集成框架的理论与实践》（作者徐中民）学术性不足的信息。我院作为该刊主办单位，获知这一情况后高度重视，经认真调查，认为该文确实存在与期刊学术定位不符问题，该刊编辑部存在学术把关不严问题。我院已接受该刊主编程国栋请辞申请，暂停该刊专职副主编职务，并着手尽快启动该刊编委会、编辑部整改工作。衷心感谢网友的关心和监督！我院将抓紧对该文刊发相关问题开展进一步调查处理，尽快公布相关进展和结果。　

2020年1月26日，中科院西北生态环境资源研究院已经发布了《中科院西北生态环境资源研究院关于<冰川冻土>发文不当问题的核查及处理情况的通报》：免去程国栋《冰川冻土》主编职务。