Tudományos kutatónak először az Országos Pedagógiai Intézetben (OPI) alkalmazták. Előbb a Didaktikai Tanszék munkatársa (1967–1976) volt; később a Tantervelméleti Osztály vezetője, majd az Értékelési Központ vezetője (1976–1993) lett. Eközben az Országos Oktatástechnikai Központ Pedagógiai Osztályának vezetői feladatait is ellátta (1973–1975). Kinevezték az Országos Közoktatási Intézet vezetőjének, ahol ugyancsak létrehozta az Értékelési Központot, és így lett az Országos Közoktatási Értékelési és Vizsgaközpont igazgatója. Innen ment nyugdíjba.
2012-ben a Magyar Nevelés- és Oktatáskutatók Egyesülete, amelynek alapító elnöke volt, létrehozta a Báthory Zoltán-díjat, amelyet 2014-ben adtak át először. A díjat az egyesület célkitűzése szerint a hazai nevelés- és oktatásban több évtizeden át kimagasló kutatómunkát végző, és a pályakezdő kollégák támogatását életcélnak tekintő személyek kaphatják meg. Az érem előlapján Báthory Zoltán egykori munkahelye, az Országos Pedagógiai Intézet (ma: Budapest-Fasori Evangélikus Gimnázium) homlokzata látható. A plakett Juha Richárd szobrász alkotása.[1]
Művei (válogatás)
A tantárgyi osztályozás néhány mai jellegzetessége (1968)
Hét standardizált tantárgyteszt (1973)
Természettudományos oktatásunk helyzete (1974)
Feladatok szerkesztése, adatok értékelése (1976)
Tanítás és tanulás (1978)
Tanulók, iskolák - különbségek. Egy differenciális tanításelmélet vázlata (1992)
Pedagógiai lexikon (társfőszerkesztő, 1997)
Maratoni reform, a magyar közoktatás reformjának története, 1972-2000 (2001)