1979-2004 წლებში მუშაობდა გიორგი ჩუბინაშვილის სახელობის ქართული ხელოვნების ისტორიის ინსტიტუტში; 1988-2009 წლებში კითხულობდა ლექციებს თბილისის სასულიერო აკადემიასა და სემინარიაში, იყო ქრისტიანული ხელოვნების კათედრის გამგე. 1987-1998 წლებში ხელმძღვანელობდა ივანე ჯავახიშვილის სახელობის თბილისის სახელმწიფო უნივერსიტეტის აღმოსავლეთმცოდნეობის ფაკულტეტთან არსებულ კავკასიოლოგიის კაბინეტს. 2006 წლიდან არის ივანე ჯავახიშვილის სახელობის თბილისის სახელმწიფო უნივერსიტეტის ხელოვნების ისტორიისა და თეორიის ინსტიტუტის დირექტორი. იგი ხელმძღვანელობს ხელონებათმცოდნეობის მიმართულების საბაკალავრი, სამაგისტრო და სადოქტორო პროგრამებს.

ზაზა სხირტლაძის ძირითადი სამეცნიერო ინტერესებია შუა საუკუნეების ქრისტიანული აღმოსავლეთის და საქართველოს ხელოვნება, ეთნოკულტურული და მხატვრული ურთიერთმიმართებები სამხრეთ კავკასიაში, სამონასტრო ცხოვრება და ხელოვნება. მისი კვლევის შედეგები ასახულია როგორც წიგნებში/მონოგრაფიებში, ისე ადგილობრივ და საერთაშორისო სამეცნიერო ჟურნალებში გამოქვეყნებულ ნაშრომებში. გამოკვლევების ნაწილი შესრულდა ზაზა სხირტლაძის სამეცნიერო მივლინებების ფარგლებში ამერიკის შეერთებულ შტატებში (დუმბარტონ ოკსი, ვაშინგტონი,), საბერძნეთში (ათენის უნივერსიტეტი), საფრანგეთში (ბიზანტიური ცივილიზაციის კვლევის ცენტრი, კოლეჟ დე ფრანს, პარიზი), დიდ ბრიტანეთში (ვორიკის, ოქსფორდის და კემბრიჯის უნივერსიტეტები), უნგრეთში (ცენტრალური ევროპის უნივერსიტეტი, ბუდაპეშტი).

ზაზა სხირტლაძე მონაწილეობდა საქართველოში, ამერიკის შეერთებულ შტატებში, ბულგარეთში, დიდ ბრიტანეთში, თურქეთში, ისრაელში, იტალიაში, კვიპროსზე, საბერძნეთში, საფრანგეთში, სომხეთში, უნგრეთში, შვეიცარიაში ჩატარებულ საერთაშორისო სიმპოზიუმებში, ვორკშოფებსა და სემინარებში. ამასთანავე, ბოლო სამი ათწლეულის განმავლობაში იგი როგორც ხელმძღვანელი ან მონაწილე, ჩართული იყო სხვადასხვა პროექტებში, მათ შორის: “გარეჯის უდაბნოში ახლად აღმოჩენილი, ადრექრისტიანული კლდეში ნაკვეთი მონასტრების ფიქსაცია, რესტავრაცია და კვლევა” (1997-2000), “ქრისტიანული იკონოგრაფია საქართველოში” (1997-1999); “გარეჯის უდაბნოს წმ. დავით გარეჯელის ლავრის ძეგლთა რესტავრაცია” (2001), “შუა საუკუნეების ქართული კედლის მხატვრობის კორპუსი” (2001-2003), “ისტორიულ პირთა გამოსახულებები ქართულ ხელოვნებაში” (2003-2018), “კავკასია და ბიზანტია გვიანანტიკური პერიოდიდან შუა საუკუნეებამდე – ინოვაციური კურიკულუმის შექმნა” (2012-2015), “საზღვრების კვეთისას: ქრისტიანები, მუსლიმები და მათი ხელოვნება აღმოსავლეთ ანატოლიასა და კავკასიაში” (2015-2018); “ანისი - ქართული კულტურული მემკვიდრეობა“ (2015-2019).

ზაზა სხირტლაძე ამჟამად ხელმძღვანელობს ორ პროექტს: “გელათი - დავით აღმაშენებლის მემკვიდრეობა“ (2023-2025) და „ხახულის კარედი ხატი - საეკლესიო სიწმინდე, იდენტობისა და სახელმწიფეობრიობის ნიშანი“ (2023-2026).