Oxfordban tanult. Robert Boyle kísérleteihez asszisztensként alkalmazta 1655-ben. 1662-ben az újonnan alakult Royal Society őt nevezte ki a Kísérletek kurátora (Curator of Experiments) tisztségre, ő volt felelős a Társaság ülésein bemutatott kísérletekért. Foglalkozott mechanikával, optikával, mikroszkópos megfigyelésekkel, csillagászattal. Rendkívül sokoldalú és invenciózus feltaláló, műszerépítő volt. Tökéletesítette a rugós és az ingaórát is. Az elsők között épített Gregory-féle tükrös távcsövet. Elsőként vetette fel, hogy a Jupiter a saját tengelye körül forog. A Marsról részletes rajzokat készített. Megkísérelte annak kimutatását, hogy a Föld és a Hold ellipszispályán mozog a Nap körül. 1672-ben felfedezte a fénydiffrakciót, a fényelhajlás jelenségét. Ő volt az első, aki általánosságban megfogalmazta, hogy hő hatására minden anyag tágul. Legnevezetesebb eredménye a rugalmas alakváltozásra vonatkozó Hooke-törvény.