سید حسین مدرسی پس از اتمام تحصیلات جدید، به حوزه علمیه پیوست و سطوح عالی فقه و اصول را زیر نظر آقایان مرحوم فاضل لنکرانی، حسین نوری، یوسف صانعی و مرحوم آیت‌الله سلطانی آموخت. همچنین متون فلسفی را از آقایان محمد محمدی گیلانی، جوادی آملی، محمد شاه‌آبادی و مرحوم مرتضی مطهری فرا گرفت. او به مدت یک سال در محضر مرحوم آیت‌الله سید محمد محقق داماد و به مدت ده سال در محضر آیت‌الله مرتضی حائری طاب ثراه، خارج فقه و اصول را تحصیل کرد. در کنار این تحصیلات، به تدریس متون درسی رایج در حوزه نیز پرداخت و این فعالیت را تا سطوح عالی ادامه داد. از سال 1355 به طور متناوب و از سال 1358 به طور مستمر، برای ادامه تحصیلات جدید به انگلستان رفت. در سال 1361 دوره دکتری خود را در دانشگاه آکسفورد به پایان رساند و به تدریس در دانشگاه پرینستون آمریکا دعوت شد. از آن زمان تاکنون در این دانشگاه مشغول به کار است و عهده‌دار کرسی Bayard Dodge می‌باشد. او همچنین در دانشکده مطالعات بین‌المللی دانشگاه کلمبیا در نیویورک و در کالج سینت آنتونی دانشگاه آکسفورد، کرسی مهدی (کلمبیا) و گلستانه (آکسفورد) را بر عهده دارد. علاوه بر این، به طور متناوب در دانشکده حقوق دانشگاه‌های ییل و هاروارد تدریس کرده و به مدت نه سال عضو شورای عالی نظارت بر دانشگاه هاروارد بوده است.