Entre sus 62 publicaciones (6 en la prestigiosa revista Nature), donde nombra a 32 especies nuevas, Sebastián Apesteguía fue el primero en comprobar la existencia de esfenodontes en Sudamérica (Nature 2003), el primero en señalar la extinción de los carcarodontosáuridos (2002), publicar el primer saurópodo con pico (Naturwissenschaften 2004) y las primeras serpientes con patas para Sudamérica (Nature 2006). También publicó acerca del primer cráneo de un mamífero driolestoideo (Nature 2011, PNAS 2012), las primeras huellas de dromeosáuridos para Sudamérica en Bolivia (2011), los alvarezsáuridos más antiguos (2012), el más antiguo lagarto iguanio de África, las serpientes fósiles más antiguas del mundo (Nature 2015), el único resto de dinosaurio de  Cuba (2017) y el primer dinosaurio de Ecuador (2018). 

En sus más de 60 campañas paleontológicas a la Patagonia y al norte y oeste argentinos y otros países (Bolivia, Ecuador, Estados Unidos, Hungría y Francia), Sebastián halló 13 nuevas localidades fosilíferas. 

Su trabajo de divulgación incluye el primer libro de editorial sobre Dinosaurios de la Argentina (1993) y otros 4 libros incluyendo “Vida en Evolución” (2010), utilizado en educación. También dirigió la creación del Parque Cretácico de Sucre (Bolivia, 2006), condujo el programa Dicciosaurio  y la columna Paleomundo en Científicos Industria Argentina (ambos en la Televisión Pública) y filmó Naturalistas Viajeros (coproducción Fundación Azara y canal Encuentro) y Creando Bestias Prehistóricas (coproducción Fundación Azara y Mulata Films, emitido por canal Encuentro). 

Sebastián Apesteguía dirigió 5 tesinas de grado y 7 tesis de doctorado. Su grupo de trabajo incluye investigadores en diferentes provincias con un sello distintivo, el de proteger el patrimonio y reforzar la divulgación científica.