烏倫貝克是幾何分析領域的創(chuàng)始人之一。在早期的工作中，她在高維彎曲空間中找出了肥皂泡的形狀。她的研究興趣還包括非線性偏微分方程，微分幾何，規(guī)范理論，拓撲量子場論和可積系統(tǒng)。

阿貝爾獎委員會提供的資料稱，烏倫貝克最著名的工作集中在規(guī)范理論上。她的研究分析了楊-米爾斯方程的四個維度，為粒子物理學的標準模型和量子引力理論奠定了一些分析基礎。她的論文也啟發(fā)了數(shù)學家Cliff Taubes和Simon Donaldson。

烏倫貝克是數(shù)學和科學領域性別多樣性的堅定倡導者。她曾表示她意識到自己是年輕的女性數(shù)學家的榜樣。但她說，做一個榜樣很難，“因為你真正需要做的是向學生展示一個不完美的人仍然可以成功?！?/p>