לאחר שחרורו החל בלימודי ספרות והיסטוריה באוניברסיטת תל-אביב. ב-1974 השלים תואר דוקטור בהיסטוריה באוניברסיטת אוקספורד בבריטניה. ב-1978 קיבל תואר פרופסור מאוניברסיטת תל-אביב.
בשנים 1971-1980 עבד כמרצה להיסטוריה באוניברסיטת תל-אביב.
בשנים 1976-1980 כיהן כראש תוכנית הלימודים האקדמית לפיקוד ומטה של צה"ל.
בשנים 1980-1982 שימש כמרצה אורח באוקספורד.
עם חזרתו כיהן בתפקידים אקדמים שונים באוניברסיטת תל-אביב, ביניהם ראש בית הספר להיסטוריה, ראש הקתדרה ללימודי ספרד ואמריקה הלטינית וראש המרכז ללימודים בינלאומיים.
בן-עמי נחשב מומחה עולמי בהיסטוריה של ספרד.