Bilharz pracował w Kairze jako asystent Griesingera, potem jako ordynator w różnych szpitalach i wykładowca medycyny klinicznej (od 1855) i anatomii opisowej (od 1856) w Szkole Medycznej Kasr el Aini. W 1855 roku otrzymał stopień oficerski (Kajmakam).
Podczas swojego pobytu w Egipcie zajmował się różnorodnymi zagadnieniami, w tym etnografią, geografią, botaniką i zoologiąTheodor Bilharz as ethnographer and geographer. Bull N Y Acad Med. 44(3), ss. 373–374 (1968).
W 1862 towarzyszył księciu Ernestowi II w jego podróży do Massawy jako osobisty lekarz księżnej Aleksandryny. Wyleczył ją z duru brzusznego, ale sam zapadł na tę chorobę i zmarł niedługo później w wieku 36 lat. Jego grób w Kairze zachował się do dziś. W 1967 obok niego pochowano zbrodniarza nazistowskiego Hansa Eisele.
Na jego cześć nazwano Theodor Bilharz Research Institute w Gizie i krater księżycowy Bilharz.
Dorobek naukowy Jego pierwszą pracą była konkursowa rozprawa poświęcona krwi bezkręgowców, nagrodzona przez wydział medyczny Uniwersytetu w Tybindze. Heinrich Meckel von Hemsbach na jego cześć nazwał pasożyta Bilharzia, a chorobę bilharcjozą. W 1851 roku, przebywając w Egipcie, opisał chorobę pasożytniczą, schistosomatozę.