Su obra fundamental fue la Historia de la Iglesia en la Argentina, en doce tomos publicados a lo largo de 15 años. Su trabajo era paciente y minucioso, pasó horas y horas examinando documentos originales en distintos lugares: desde el Archivo Apostólico Vaticano al Archivo General de la Nación, en Buenos Aires, pasando por el Archivo de Indias, en Sevilla; el Archivo de la Compañía de Jesús, en Roma y el Archivo Histórico Nacional, en Madrid.
Otras de sus obras fueron El derecho público de la Iglesia en Indias (Salamanca, 1967); Los salesianos y las Hijas de María Auxiliadora en la Argentina, editado en cuatro volúmenes entre 1981 y 1988, El aborigen americano en la Recopilación de las Leyes de Indias (Buenos Aires, 1987), Bases y concordato entre la Santa Sede y la Argentina (1947), La Virgen Generala. Estudio fundamental (1954), Para una reforma católica de la Constitución Argentina (1956), Historia Argentina (1976), Las florecillas de San Francisco Solano (1976), Las florecillas de San Martín de Porres (1981), Historia de las manifestaciones de la Virgen, Los salesianos y las Hijas de María Auxiliadora en la Argentina (1981), La religiosidad del General San Martín (1978) e Iglesia y Estado en las Indias (póstumo).
Su disertación al incorporarse a la Academia Nacional de la Historia en 1975 titulada La historia argentina en los archivos vaticanos y romanos contenía datos valiosísimos y escasamente conocidos provenientes de informes de diplomáticos vaticanos acreditados en Argentina. Una de sus investigaciones interesantes se refirió a los últimos momentos de vida y a la recepción de los sacramentos de la fe católica de figuras salientes de la historia argentina.
Cayetano Bruno integraba desde 1975 la Junta de Historia Eclesiástica Argentina, era miembro correspondiente de la Real Academia de la Historia, de Madrid y en 1979 ganó el Premio Consagración Nacional. En 1994 fue galardonado con el Premio Konex - Diploma al Mérito. Falleció el 13 de julio de 2003.
