Do astronomii Hubble powrócił w Obserwatorium Yerkes należącym do Uniwersytetu Chicagowskiego, gdzie uzyskał tytuł doktora w roku 1917. Dwa lata później otrzymał propozycję zatrudnienia w obserwatorium Mount Wilson w Pasadenie w Kalifornii, gdzie pracował aż do śmierci.
Walczył w obu wojnach światowych.
Odkrycia mały|Teleskop znajdujący się w Mount Wilson Observatory w Kalifornii, którego Edwin Hubble używał do badania wszechświata W pracy naukowej zajmował się badaniem obiektów mgławicowych. Jego przybycie do Mount Wilson zbiegło się w czasie z ukończeniem budowy najpotężniejszego wówczas na świecie Teleskopu Hookera o średnicy 100 cali. Dzięki poczynionym przy jego użyciu w latach 1923–1924 obserwacjom, Hubble ustalił ponad wszelką wątpliwość, że zaobserwowane już wcześniej z zastosowaniem słabszych instrumentów niewyraźne obiekty określane mianem mgławic nie znajdują się – jak dotychczas sądzono – w obrębie naszej galaktyki, lecz same stanowią odrębne galaktyki poza Drogą Mleczną. W 1924 roku odkrył cefeidy w kilku mgławicach (między innymi w M31). Swoje odkrycie opublikował 30 grudnia 1924 roku. Odkrycie to zmusiło astronomów do zmodyfikowania poglądów na strukturę kosmosu.