Kirsty Williams berättade för dem att de har ett "ansvar som förvaltare av samhället, stad och land", vid ett tal i Cardiff.
Folkomröstningen visade att "sammanhållningsnotioner" var "kanske svagare än vi trodde", varnade hon akademiker.
De konservativa sade att hon hade erbjudit några "nuggets av visdom" men var "överdriva en känsla av kris".
Universiteten och Williams kämpade för att Storbritannien skulle förbli medlem i EU före omröstningen i juni.
Brexit stöddes dock av 52,5 % av väljarna i Wales, med 47,5 % stöd till Rest.
I måndags sade förste minister Carwyn Jones att Wales måste komma bort från det missbruk och den bitterhet som folkomröstningskampanjen innebär.
Vid Cardiffs universitet på torsdag hävdade Williams att det fanns en "brådskande" för universiteten att "återta ett medborgaruppdrag" efter avskedsomröstningen.
Hon antydde att mycket av det som tas för givet i det moderna livet kanske inte är så säkert som många tror.
"De segrar som hjälper till att böja historiens båge mot framsteg - feminism, öppna upp tillgång till utbildning, civilitet i vårt samtal och mot andra, medborgerliga rättigheter, till och med devolution - kan vara mycket mer sköra än vi trodde," Ms Williams sade.
"Rösten visade att när människor och samhällen tror att framsteg är till nytta för andra - snarare än för dem, deras familjer eller samhället i stort - kommer de att tro att de inte har något att förlora genom att stå emot dessa."
Ms Williams uppmanade högskolorna att göra mer för att nå ut till människor över hela Wales och sade att folkomröstningen avslöjade "avståndet mellan campus och samhälle".
Hon varnade: "På brittisk nivå avfärdades universitetens kampanj för EU alltför lätt som en kampanj av egenintresse, nästan uteslutande inriktad på inkomster.
"Detta är inte för att undanta politiker och regeringar från kritik, långt därifrån. Men det åligger verkligen universiteten att reflektera över avståndet mellan campus och samhälle som exponeras genom folkomröstningen.
Williams har också meddelat att hon håller på att inrätta en arbetsgrupp för högre utbildning i Wales, Brexit, för att ge råd om de "effekter och möjligheter" som följer av Förenade kungarikets avgång från Europeiska unionen.
För sex år sedan sade den dåvarande utbildningsministern Leighton Andrews att universitetsstyre var "den sista viloplatsen för krachachen" - elitistiskt och fristående från det walesiska samhället.
I sitt första stora tal till universitetschefer var utbildningssekreterare Kirsty Williams ton tydligt mindre konfrontationell.
Men hennes mer nyanserade budskap visade fortfarande i regeringen att institutioner som får miljoner i offentliga medel borde göra mer för sina samhällen och nationen.
"De kan inte gömma sig bakom väggarna i sina mycket fina byggnader - de måste vara en del av de samhällen där de är placerade och landet som helhet - de inser det," berättade hon efteråt.
EU:s folkomröstning - där universiteten argumenterade starkt för att stanna kvar - är ett exempel på klyftan mellan campus och samhälle, säger hon.
Universitetens svar är att säga att de är fast beslutna att överbrygga klyftan och kommer att bygga vidare på vad de redan gör i sina samhällen.
Och både regeringen och universiteten kommer att hoppas att Diamond Review om finansiering av högre utbildning, på grund av rapportering senare denna månad, kommer att gå lite långt för att lösa spänningarna mellan dem över finansiering.
Konservativ utbildnings talesman Darren Millar anklagade ministern för att "överdriva en känsla av kris och splittring".
"Det finns några nuggets av visdom i detta tal, och få skulle hävda att klyftan mellan campus och samhället har vidgats under loppet av en generation," sade han.
"Men förslaget att Wales beslut att lämna EU på något sätt har satt utbildning, medborgerliga rättigheter eller feminism under hot är fullständigt nonsens."
Cardiff-universitetets vicekansler Colin Riordan, som leder universiteten i Wales, sade: "Att vara en del av och bidra till samhället har alltid stått i centrum för det vi gör som universitet."
Han tillade: "Vi är stolta över våra framgångar, men vi kan göra mer för att omfamna och uppskatta den kulturella och sociala mångfalden i de samhällen där vi sitter."
Universiteten bör hjälpa till att återförena det walesiska samhället efter Brexit-omröstningen, sade utbildningssekreteraren.