Kazimierz Ćmielewski rozpoczął pracę w Katedrze Geodezji i Fotogrametrii Akademii Rolniczej we Wrocławiu (obecnie UPWr) po ukończeniu studiów w 1981 roku. W 1991 roku otrzymał stopień doktora nauk technicznych na Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie, a w 2008 r. – stopień doktora habilitowanego na AGH w Krakowie. W 2014 r. został zatrudniony na UPWr na stanowisku profesora uczelni.
W pracy naukowej prof. Ćmielewskiego skupiał się na zagadnieniach naukowych związanych z geodezją inżynieryjną, które można zgrupować w następujące kompleksy tematyczne:
1) opracowanie geodezyjnych metod, przyrządów oraz zintegrowanych systemów geodezyjnych usprawniających procesy pomiarowe geometrii obiektów inżynierskich: torów podsuwnicowych, dźwignic, urządzeń przemysłowych, tuneli (od 1981 roku do teraz),
2) badania nad możliwością zastosowania techniki światłowodowej do testowania dalmierzy elektronicznych (w latach 1992–2002),
3) eksperymentalne prace nad możliwością zastosowania technik mechanicznej i optoelektronicznej w systemach i oprzyrządowaniu wspomagającym precyzyjne prace pomiarowe w geodezji inżynieryjnej, w instrumentoznawstwie geodezyjnym oraz w badaniu przemieszczeń obiektów hydrotechnicznych i budowli wysmukłych (od 1985 roku do chwili obecnej).
Cała działalność naukowa i dydaktyczna prof. Ćmielewskiego opierała się na nowatorskich rozwiązaniach, których oryginalność potwierdzają uzyskane świadectwa wynalazków i wzorów użytkowych. Należy podkreślić, że spośród 81 zgłoszonych i uzyskanych praw patentowych i ochronnych 12 stanowią własne, indywidualne opracowania, a pozostałe opracowane zostały w zespołach badawczych.
Motywem przewodnim działalności profesora była „wola” usprawnienia geodezyjnych pomiarów przez wprowadzenie odpowiednich rozwiązań konstrukcyjnych – w latach 80. były to rozwiązania w większości mechaniczne, następnie sukcesywnie zaczęły pojawiać się rozwiązania mechaniczno-elektroniczne, a od kilkunastu lat są to rozwiązania oparte o technikę optoelektroniczną.
Zainteresowania naukowe związane z instrumentalizacją pomiarów geodezyjnych oraz zastosowaniem metod geodezyjnych i fizykalnych do obserwacji obiektów inżynierskich w miejscach o utrudnionym dostępie prof. Ćmielewski rozwijał w ramach działalności Sekcji Geodezji Inżynieryjnej Komitetu Geodezji PAN, której był członkiem od 1990 roku, działającego w latach 1997–2003 Gremium N-T ds. Geodezji, Kartografii, Katastru i Nawigacji Akademii Inżynierskiej w Polsce oraz w pracach naukowych macierzystej uczelni.
Od 2009 r. prof. Ćmielewski był aktywnym członkiem wielu komisji wydziałowych Wydziału Inżynierii Kształtowania Środowiska i Geodezji UPWr, m.in.: Komisji Badań Naukowych, Komisji Spraw Studenckich i Kształcenia, Komisji Programowej na kierunku Geodezja i Kartografia. W ramach działalności organizacyjnej w latach 2009–2015 pełnił funkcję Kierownika Zakładu Podstaw Geodezji, a w latach 2015-2021 Kierownika Zakładu Geodezji Inżynieryjnej i Pomiarów Szczegółowych.
W swojej długoletniej pracy zawodowej na macierzystej uczelni prof. Ćmielewski był opiekunem 89 prac magisterskich oraz 70 prac inżynierskich z geodezji. Jego aktywność naukowa dydaktyczna i organizacyjna była 26 razy wyróżniona nagrodą Rektora Uczelni.