У наступні роки міцно утверджується його репутація як відомого культурного оглядача. Його есеї з'являються у цілій низці періодичних видань, серед яких «Іль Джорно», «Стампа», «Корр'єре делла Сера», «Репуббліка», «Еспрессо» та «Маніфесто». Викладаючи в Міланському університеті, він почав систематизувати свої теоретичні міркування з семіотики і 1968 року опублікував текст, цілковито присвячений цій темі: «Відсутня структура» (La struttura assente). Ця праця, яку згодом він повністю перепише і 1976 року видасть англійською мовою під назвою «Теорія семіотики» (A Theory of Semiotics), задала тон напрямкові його досліджень. Саме тоді його цікавість до середньовічної естетики остаточно трансформувалася в інтерес до культурних цінностей та літератури загалом.
У 1975 році він обійняв посаду професора семіотики у найстаршому європейському університеті — Болонському, де працює й досі. Тут його теорії набрали своєї остаточної форми, і впродовж 70-х років він опублікував кілька книжок з семіотики. У 1974 році Еко організував перший конгрес Міжнародної асоціації семіотичних досліджень, і під час завершальної промови підсумував суть цієї дисципліни, твердячи, що семіотика є «критичний погляд на предмети інших наук». У 1979 році Еко підготував до друку збірку есеїв під назвою «Семіотичний ландшафт», в основі яких лежали доповіді на цьому конгресі. В цьому ж році виходить ще один його важливий твір, «Lector in fabula», де в центрі уваги автора — зв'язок між автором та читачем, який досліджується на прикладі масової літератури.
Хоч він і перейняв чимало елементів структуралістської теорії Клода Леві-Строса та Романа Якобсона і теорії структурної лінгвістики Фердинанда де Соссюра, Еко значною мірою відходить від них. У своїх працях «Відкритий твір» та «Lector in fabula» він критикує погляд, що значення породжується структурою, і показує, як читач здійснює інтерпретативну співпрацю з твором, доповнюючи текст «можливими світами» і «фреймами», щоб довершити його значення.
Впродовж 60-х та 70-х років вийшла ціла низка його наукових і науково-популярних творів, присвячених масовій культурі, серед яких варто згадати «Апокаліптики та інтегровані» (Apocalittici є integrati, 1964) та «Масовий супермен» (Il superuomo di massa, 1976).
Наприкінці 70-х років Еко мав уже заслужену репутацію провідного науковця-семіотика. Та ніхто не сподівався того різкого повороту в його кар'єрі, який стався наприкінці цього десятиліття — Еко виступив у новій для себе ролі романіста, опублікувавши 1980 року роман «Ім'я рози» ( Il nome della rosa), який майже відразу викликав шквал схвальних відгуків і широкий ентузіазм. Цей твір був заздалегідь уміло прорекламований, але реальний успіх перевершив усі сподівання видавців — спершу видавництво збиралося продати лише 30 000 примірників, а натомість продало десятки мільйонів. Кримінальна інтрига, поміщена у середньовічний монастир, помережана філософськими розважаннями та іронічними натяками на сучасний нам світ забезпечила інтерес до роману масового читача. Кожен знаходить У ньому щось для себе: і той, хто шукає лише розваги, не намагаючись надто напружуватись, і той, хто прагне інтелектуального збагачення.
Дев'ять років ця книжка трималася на першому місці в «гарячій двадцятці тижня». У 1981 році Еко стає лауреатом відразу двох найпрестижніших італійських літературних премій — Стрега і В'яредджо. Завдяки популярності «Ім'я рози» помітно збільшується число студентів, що записуються на відділення історії середньовіччя. Дуже швидко роман перекладають багатьма мовами. На досить великий період він заполонив навіть північноамериканський книжковий ринок, що дуже рідко вдається європейському письменникові. Раніше добре відомий лише в академічних колах, Умберто Еко раптом стає світовою знаменитістю. Він і досі зостається чи не найвідомішим з сучасних італійських письменників.
Вражений успіхом свого роману, Еко несподівано для себе опинився в центрі уваги міжнародної громадськості та мас-медій, це було для нього захопливим пережиттям, але водночас він відчув, що популярність значно сковує його свободу. Невдовзі після публікації роману французький кінорежисер Жан-Жак Анно почав знімати фільм за мотивами «Ім'я рози», і це ще більше привернуло увагу світової громадськості до Еко — хоч він сам і дистанціювався від цього фільму, який вийшов у 1986 році («Це робота Жана-Жака, а не моя»).
Еко далі провадив, як звикле, свої академічні дослідження, але його почало переслідувати одне невідступне питання. «Відразу після написання «Ім'я рози» я став питати себе: був це винятковий епізод у моєму житті, чи я спроможний написати ще один роман?» Попри свою складність і глибину, роман «Ім'я рози» не вичерпав всіх образів та ідей, які Еко вважав придатними до втілення в художньому творі, і він почав писати знову. Назва нового роману з'явилася легко — велике враження на Еко справив побачений ще 1952 року маятник Фуко. Опублікований 1988 року, «Маятник Фуко» ( Il pendolo di Foucault) знов приніс авторові великий успіх, утвердивши Еко серед найвизначніших романістів світу.
Дія «Маятника Фуко» розгортається у світі, де факти непомітно змішуються з вигадкою, де таємні товариства накреслюють правдивий хід людської історії, а окультний світ тайкома здійснює підривний вплив на реальність. Запозичивши структуру роману з Кабали, Еко використовує цілу низку найрізноманітніших елементів, сплітаючи їх у тканину, в якій зіставляється і протиставляється сучасність і давнина, чудесне і наукове. Комп'ютер, символ новітньої технології, пережовує стародавні магічні формули. З цим переплітаються ремінісценції, ідилічні спогади з дитинства, від яких тягнуться ниточки до цілком вже дорослого пошуку ідентичності. Гостра постмодерна іронія пронизує густе плетиво подеколи готичних сцен. Текст штовхає читача у карколомну подорож століттями історії людської думки, і він ледь встигає помічати ідеї, які миготять обабіч цього його шляху. Еко присмачує цю свою езотеричну оповідь герметичними філософіями, таємними абетками, шифрами, системами символів; через своїх персонажів він досліджує їх, порівнює, деконструює, відкидає, а тоді знов підбирає, оживляє і використовує для своїх рефлексій.
І попри його твердження, що писати більше романів він не планує, 1994 року з'явився наступний роман, «Острів напередодні» (L'isola delgiomoprima).
Якщо стиль «Ім'я рози» відображає туманну незбагненність присмерку середньовіччя, а «Маятник Фуко» постає як параноїдальна гра нашого фрагментованого постмодерного часу, оповідь третього роману Еко виблискує численними оздобами, мов барокова споруда сімнадцятого століття.
«Острів напередодні» — це історія чоловіка на ім'я Роберто, дещо ексцентричного італійця, який після кораблетрощі опиняється на якомусь загадковому кораблі. Це покинуте людьми судно, «Дафна», стоїть на якорі поблизу острова незвичайної краси, розташованого «напередодні», тобто за 180 меридіаном, але Роберто не може до нього добратися. Боячись сонця, удень він ховається в нетрях цього дивного корабля, досліджує його і пише мелодраматичні любовні листи до своєї Дами. Під час своїх химерних марень він окидає поглядом все своє життя — дитинство в Італії, облогу Казале, паризькі салони, в яких він виховувався, — життя, до якого він палко прагне повернутися. Але воно втрачене. Та, на щастя для Роберта, на кораблі є все, щоб не вмерти від голоду і нудьги. І на його нещастя, корабель не такий безлюдний, як він спершу гадав. Хто той незнайомець, той Інший, який годує тварин і читає щоденник Роберта, поки той спить? Може, це Ферранте, його уявний брат і лихе альтер-еґо? Чи це ще одна страчена душа у пошуках остаточної таємниці? І взагалі, чому цей корабель покинули люди? Які чудеса криються на острові?
У романі застосовано подібний прийом, що і в «Ім'ї рози»: анонімний оповідач відтворює історію на основі щоденника, залишеного Робертом. На відміну від «Ім'я рози», тут Еко не декларує наміру вірно відтворити оригінальний рукопис. Він вільно переказує знайдений текст, коментуючи події, а іноді критикуючи й оцінюючи вчинки Роберта. Це сповнює роман непроминальним присмаком іронічного гумору.