Karierę archeologiczną rozpoczął w 1927 roku, współpracując z Williamem F. Albrightem. Glueck prowadził badania archeologiczne w Transjordanii i na Negewie. Opisywał stanowiska związane z Nabatejczykami oraz starożytny przemysł wydobywczy nad Morzem Czerwonym. Sugerował, iż Negew może być zamieszkany przez dużą populację, po wprowadzeniu odpowiednich technik nawadniania, na wzór tych, które używali Nabatejczycy. Osobiście przyjaźnił się, m.in. z: Dawidem Ben Gurionem, Abbą Ebanem, Goldą Meir, Henriettą Szold i Judahem Leonem Magnesem.
W latach 1942–1947 Glueck współpracował z amerykańskim wywiadem na Bliskim Wschodzie. Uczestniczył w przygotowaniu tras odwrotu, na wypadek niemieckiego wkroczenia na teren Palestyny i Jordanii.
Odkrył i opisał ponad 1000 stanowisk w Transjordanii i ponad 500 na Negewie. Do najważniejszych prac badawczych i odkryć Gluecka należą: Khirbat en-Nahas (1934) Esjon-Geber (1938 i nn.) oznaczenie starożytnych miejsc wydobycia miedzi na obszarze Wadi Ha-Arawa
Dr Glueck posiadał tytuły honoris causa dwudziestu uniwersytetów i szkół wyższych. W grudniu 1963 roku twarz Nelsona Gluecka pojawiła się na okładce tygodnika „Time”.
Archeolog zmarł w Cincinnati 12 lutego 1971 roku.