A Leideni Egyetemen doktorált 1933-ban, majd még abban az évben az Egyesült Államokba ment. 1937-ben amerikai állampolgárságot kapott. A Chicagói Egyetem Yerkes Obszervatóriumának 1936-ban lett munkatársa. Kétszer igazgatta a Yerkes és a McDonald Obszervatóriumot (1947-1949; 1957-1960). 1960-ban megalapította az Arizonai Egyetem Hold- és Bolygókutató Laboratóriumát, s haláláig ennek igazgatója volt.
Kezdetben a csillagokat kutatta, de az 1940-es években áttért a Naprendszer vizsgálatára. 1944-ben sikerült megerősítenie azt a feltevést, hogy a Szaturnusz Titán nevű holdjának metánlégköre van. 1948-ban megjósolta (helyesen), hogy a Mars légkörében jórészt szén-dioxidot találnak majd, és az a kutatási előrejelzése is igazolódott, hogy a Szaturnusz gyűrűje jégdarabkákból áll. Ugyancsak 1948-ban felfedezte az Uránusz ötödik holdját, a Mirandát, a következő évben pedig a Neptunusz második holdját, a Nereidát. 1956-ban neki sikerült először megbízható méréssel megállapítania a Plútó látható átmérőjét. 1956-ban bebizonyította, hogy a Mars sarki jégsapkái vízjégből vannak, nem pedig megfagyott szén-dioxidból, mint korábban feltételezték. 1964-ben megjósolta, milyen lesz a járás a Hold felszínén ("akár a ropogós hó"), s ezt 1969-ben igazolta is a Holdra először lépő űrhajós, Neil Armstrong.
Kuiper 1949-ben bocsátotta közre a Naprendszer keletkezéséről szóló nagy hatású elméletét, amely szerint a bolygók a Nap körül lévő hatalmas gázfelhő kondenzálódásával jöttek létre. Fölvetette azt is, hogy esetleg egy korong alakú üstökösövezet kering a Naptól 500-1000 csillagászati egységnyi távolságra. Ennek a több millió üstökösből álló zónának a léte ugyancsak bebizonyosodott az 1990-es években, s el is nevezték Kuiper-övnek.
Az amerikai csillagász kezdeményezte annak az utóbb
róla elnevezett magaslégköri obszervatóriumnak
a használatát, amely ma egy C-141-es lökhajtásos
repülőgép fedélzetén működik
(a NASA kezelésében), s a bolygók, csillagok, galaxisok
infravörös sugárzását vizsgálja.
Ennek a teleszkópjával sikerült felfedezni az Uránusz
gyűrűit, több születő csillagot, valamint
addig nem ismert molekulák jelenlétét a csillagközi
gázban és a bolygók légkörében.
Kuiperről krátert neveztek el a Holdon, a Merkúron,
ill. a Marson.