Tijekom školovanja, bio je zapažen zbog raznolikih sportskih uspjeha. Ipak, na prijediplomskom studiju Sveučilišta u Chicagu posvetio se matematici, astronomiji i filozofiji. Poštujući očevu želju, svoju je karijeru preusmjerio u pravnom smjeru, pohađajući i književnost te španjolski jezik na Sveučilištu u Oxfordu.

Nakon očeve smrti i povratka u Ameriku, upisavši diplomski studij astronomije na Sveučilištu u Chicagu, Hubble je odlučio slijediti svoju strast i interese koje je još od malih nogu njegovao čitanjem znanstveno-fantastičnih romana. Zbog sudjelovanja u Prvom svjetskom ratu doktorat je pisao žurno. Odgodio je i prihvaćanje poslovne ponude kalifornijske zvjezdarnice Mount Wilson, doma tada najmoćnijeg Hookerova teleskopa promjera otvora 100 inča (2.54 metra).

Nakon povratka iz rata, Hubble se posvetio proučavanju 'spiralnih maglica' u Mount Wilsonu. Općeprihvaćena teorija toga vremena bila je da naša galaksija, Mliječna staza, predstavlja cijeli svemir. Vjerovalo se da su sve vidljive udaljene 'maglice' samo manje nakupine plinova, prašine i rijetkih zvijezda unutar Mliječne staze. Pronašavši cefeide (promjenjive zvijezde) u maglici Andromede, Hubble se počeo baviti proračunima njihove udaljenosti od Zemlje. Naime, cefeide imaju predvidljiv uzorak promjene iz jarke, sjajne u mračniju, zamagljeniju.

Ovisno o njihovoj svjetlini, moguće je odrediti njihovu udaljenost od Zemlje. Hubble je izračunao da su cefeide u Andromedi udaljene oko 900.000 svjetlosnih godina od Zemlje. Tadašnje znanstvene procjene pretpostavljale su prostiranje Mliječne staze u promjeru 300.000 svjetlosnih godina. Prema tome, Andromeda nikako nije mogla biti dio Mliječne staze. Zaključeno je da je Andromeda galaksija sama po sebi (velika nakupina zvijezda, maglica, itd.). Iako današnji izračuni pokazuju da je Andromeda udaljena od Zemlje više od dva milijuna svjetlosnih godina, Hubbleovo otkriće uvelike je promijenilo tadašnje poimanje svemira. Nagoviješteno je postojanje mnoštva galaksija - granice svemira su proširene van okvira Mliječne staze.

Drugo vrlo važno otkriće Hubbleovih istraživanja bila je poveznica crvenog pomaka i udaljenosti galaksija od Zemlje. Crveni pomak označava pomicanje spektralnih linija elektromagnetskih valova prema većim valnim duljinama (crvena boja ima najveću valnu duljinu u vidljivom spektru). Nastaje kad se izvor elektromagnetskih valova udaljava od promatrača. Primjer je Dopplerova efekta: kao što se zvuk trkaćeg auta stišava kako se on udaljava od promatrača, tako i svjetlo galaksije postaje crvenije. Hubble je u suradnji s kolegom Miltonom Humasonom pronašao linearnu proporcionalnost između crvenog pomaka i udaljenosti galaksija.

Zaključeno je i da se galaksije udaljenije od Zemlje pomiču (udaljavaju) brže od onih blizu. Danas je ta pravilnost poznata kao Hubbleov zakon. Pokazano je da se svemir širi. Hubbleov zakon postao je temelj teoriji velikog praska. Zbog ograničenja opažanja i matematičkih dokaza koji su upućivali na statičnost svemira, sam Hubble do smrti je ostao skeptičan prema teoriji širenja svemira.

Edwin Hubble preminuo je na današnji dan 1953. godine. Nikad nije dobio Nobelovu nagradu jer tijekom njegova života odbor za dodjelu nagrade nije priznavao astronomiju; nije smatrana dijelom fizike. Ipak, dobio je posebno priznanje NASA-e. Poznati svemirski teleskop, prvi na umjetnom satelitu koji kruži oko Zemlje, postavljen 1990. godine, snimatelj i kolekcionar slika svemira visoke rezolucije, nosi njegovo ime.